Erfaringer fra målinger på kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg

Transkript

1 Erfaringer fra målinger på kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg Maj 2000

2 ISSN ISBN Erfaringer fra målinger på kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg Maj 2000 Udarbejdet for Energistyrelsen J.nr / og 51181/ Line Louise Overgaard Klaus Ellehauge Arne Sæbye Øvrige projektdeltagere: William Otto Kristian Kærsgaard Inge-Lise Clausen 1

3 Erfaringer fra målinger på kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg Maj 2000 Udgivelse og tryk: Teknologisk Institut Gregersensvej Postboks 141 DK-2630 Taastrup Tlf.: SEC-R-7 ISSN-nr.: ISBN-nr.:

4 Forord Nærværende rapport er resultatet af projektet Måling på enkeltgodkendte solvarmeanlæg i kombination med biobrændselskedler, der er udført under Energistyrelsens udviklingsprogram for vedvarende energi (UVE), J. nr / og 51181/ Formålet med projektet har været at opnå et større erfaringsgrundlag for små varmeanlæg (villaanlæg), der kombinerer solvarme og biobrændselskedler ved anvendelse af samme lagertank. I alt 12 kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg er blevet inspiceret, og der er endvidere blevet foretaget målinger på 3 af disse anlæg, således at det har været muligt at vurdere installationspraksis, virkemåde, ydelser, effektiviteter og årsvirkningsgrader. På baggrund af de opnåede erfaringer er der blevet udarbejdet retningslinier for, hvorledes disse typer anlæg mest hensigtsmæssigt udføres, og hvordan man undgår fejl og uhensigtsmæssige løsninger. Bemærk, at det ikke har været projektets formål at angive optimale løsninger, idet dette søges gjort i et andet projekt, der har til formål at udvikle optimerede kombinerede løsninger. Det omtalte projekt har titlen Integreret biobrændsel-solvarmeløsning (design). Projektets målgruppe er fabrikanter af solvarmeanlæg og biobrændselskedler samt installatører og brugere. Endvidere vil arbejdet kunne benyttes i de to prøvestationers godkendelses- og kvalitetssikringsarbejde. Projektet er udført i samarbejde mellem Prøvestationen for Solenergi og Prøvestationen for mindre Biobrændselskedler på Teknologisk Institut. 3

5 Indhold FORORD... 3 INDHOLD INDLEDNING PROJEKTBESKRIVELSE DE 12 BESIGTIGEDE ANLÆG ANLÆG 1: BATEC/EB+EB/ARIMAX ANLÆG 2: ARCON/ /PASSAT ANLÆG 3: BATEC/EB/ARIMAX ANLÆG 4: THERMOSOL/EB/ARIMAX ANLÆG 5: DJURS/EB+EB/ARIMAX ANLÆG 6: THERMOSOL/EB+ARIMAX/ARIMAX ANLÆG 7: BATEC/XXX/HS TARM ANLÆG 8: DANSK SOLVARME/NILAN/AMERICOAL MÅLT ANLÆG 1: AIDT/AIDT+UNICAL/UNICAL MÅLT ANLÆG 2: BATEC/EB+ARIMAX/ARIMAX MÅLT ANLÆG 3: NNR-ARCON/HS-TARM+ /EL-PROJEKT MÅLT ANLÆG 4: ANS/KILDEMOES/BIOENERGI OVERSIGT OG GENERELLE BEMÆRKNINGER MÅLINGER UDFØRTE MÅLINGER MILJØMÅLINGER ENERGIMÅLINGER VURDERINGER RUMVARMEBEHOV OG VARMTVANDSFORBRUG VARMETAB SOLVARMEDÆKNING ANTAL DAGE, HVOR FYRET KAN SLUKKES TEMPERATURER I ANLÆGGENE KEDLER, OPFYRINGSMØNSTER, EFFEKTIVITETER M.M SAMMENLIGNING MED BEREGNEDE YDELSER OG FORBRUG ENKELTGODKENDELSER SAMMENLIGNING MED OPTIMALE ANLÆG INSTALLATIONSVEJLEDNING VARMETAB TEMPERATURNIVEAUER BIOBRÆNDSELSANLÆG GENERELT KONKLUSION SUMMARY SYMBOLER REFERENCER

6 1 Indledning Interessen for et kombineret varmesystem med solvarme og biobrændsel er stigende. Der har således i første halvdel af 1997 været ansøgt om enkeltgodkendelse til ca. 20 anlæg af denne type. Den stigende interesse skyldes formentlig de nye tilskudsordninger for el-konvertering i område 4 og biomasseordningen. En kombineret løsning med solvarme og biobrændselskedel kan udføres med anvendelse af en fælles lagertank, og der er ved enkeltgodkendelserne ansøgt om flere nye udformninger af denne type anlæg. Nogle anvender f.eks. nye, utraditionelle tanke, hvor også rumvarmen er tilsluttet. Det anses for sandsynligt, at der er et stort potentiale for disse løsninger, og at kombinationen er god, hvis den udføres rigtigt. Den fælles udnyttelse af lagertank samt koblingen af solvarmen til rumopvarmningen giver mulighed for lavere anlægsinvestering sammen med en forlænget sommerperiode, hvor kedlen kan slukkes. Dvs. nedbringelse af perioden, hvor fyret skal passes, og hvor dets effektivitet er lav. Den fælles udnyttelse af lagertanken kræver dog, at anlæg og styring udføres, så de to energikilder ikke blokerer for hinanden. Indtil starten af dette projekt har der imidlertid ingen dokumenterede erfaringer været med, hvordan disse anlæg virker i praksis, og erfaringer indenfor solvarmebranchen har vist, at ved indførelse af nye systemer og kombinationer er mulighederne for fejl mange. I dette projekt er der derfor udført inspektion, målinger og vurderinger på nogle af de installerede anlæg ude hos brugerne. For at opnå så bredt et erfaringsgrundlag som muligt er der udvalgt anlæg med forskellige former for typiske biobrændselsanlæg, idet erfaringsgrundlaget også her er lille. På den måde er det også muligt at afdække, om det har nogen betydning, hvilken type biobrændselsanlæg, der vælges at kombinere med. 5

7 2 Projektbeskrivelse Ud fra godkendelsesoplysninger er der udvalgt 12 anlæg, som kombinerer biobrændselskedler og solvarme. Disse anlæg er blevet besigtiget, og på baggrund af interview og teknisk gennemgang af anlæggene, er der udvalgt 3 anlæg, hvor der er gennemført grundige målinger efter et fast måleprogram. Ved udvælgelsen af anlæggene er der dels lagt vægt på løsninger, der forekommer teknisk velgennemtænkte, og med anlægskomponenter dækkende over en stor markedsandel, og dels på at afdække anlæg, som er uhensigtsmæssige. Beskrivelsen af de 12 udvalgte anlæg fremgår af kapitel 3 sammen med umiddelbare bemærkninger til de inspicerede anlæg samt brugernes erfaringer med de forskellige anlæg (baseret på interviews med de pågældende anlægsejere). På baggrund af besøgene hos de 12 udvalgte anlæg er der udarbejdet et afsnit om generelle installations- og driftserfaringer fra disse anlæg (afsnit 3.13). Det skal bemærkes, at der udover de grundige målinger på de 3 udvalgte anlæg, desuden er foretaget få ugers simple energimålinger på et nyt interessant anlæg, der først er blevet opført sent i dette projekts fase. De udførte målinger er kort beskrevet i starten af kapitel 4. Resten af kapitel 4 indeholder en præsentation af resultaterne fra de mange målinger. I kapitel 5 vurderes og sammenlignes måleresultaterne. Der er bl.a. foretaget sammenligninger af ydelser, driftstider og virkningsgrader for de 3 målte anlæg, og på baggrund heraf er det vurderet, om anlæggene fungerer efter hensigten, eller om de to energikilder i form af hhv. solvarme og biobrændselskedel evt. blokerer for hinanden i nogle perioder. De udførte målinger er endvidere benyttet til at kontrollere beregninger af anlæggenes ydelser, samt til at vurdere, om forholdet mellem varmeydelse og varmebehov er tilfredsstillende ud fra en energimæssig betragtning. Sammenligningen med beregnede ydelser og forbrug fremgår af kapitel 6. De omtalte nye systemer er ikke omfattet af de installationsvejledninger, der hidtil er udført. Der har derfor været et behov for at få opstillet nogle generelle retningslinier for og gode råd til, hvordan anlæg, der kombineret solvarme og biobrændsel bør udformes i praksis samt ikke mindst, hvordan det i hvert fald ikke bør udføres. Denne generelle installationsanvisning findes i kapitel 7. 6

8 3 De 12 besigtigede anlæg Ud fra en kombination af godkendelsesoplysninger, oplysninger indhentet i forbindelse med tilsyn på biobrændselsanlæg, oplysninger fra fabrikanter samt henvendelser fra anlægsejere blev der ved projektets start opstillet en liste med 19 anlæg, hvor solvarme og biobrændselskedler angiveligt var kombineret. Flere af anlæggene viste sig dog af forskellige årsager ikke at være relevante alligevel. I starten af 1998 blev der således aflagt besøg hos 11 anlæg. De blev udvalgt efter kriterier om at: forskellige udbredte fabrikater af solvarmeanlæg skulle være repræsenteret, og de skulle endvidere eventuelt være opbygget efter forskellige principper forskellige udbredte fabrikater af biobrændselsfyrede kedler skulle være repræsenterede - primært manuelt fyrede brændekedler, men også enkelte automatisk fyrede kedler (stokerfyr) til flis eller træpiller. Efter inspektionen af de 11 anlæg samt igangsætningen af måleprojektet dukkede endnu et interessant anlæg på Samsø op. Dette anlæg er derfor ligeledes blevet inspiceret, og der er således i alt blevet undersøgt 12 anlæg, der kombinerer solvarme og biovarme. Da anlægget på Samsø først lige er blevet taget i brug inden dette projekts afslutning, har det ikke været muligt at udføre det faste måleprogram på dette anlæg. Enkelte simple energimålinger fra uge er dog taget med i projektet, og der er således i alt blevet målt på 4 ud af de 12 udvalgte anlæg. De 8 anlæg, der kun er blevet undersøgt ved inspektion, er i det følgende kort beskrevet på side 8-22, mens de 4 anlæg, hvor der er udført målinger, er mere udførligt beskrevet på side I det følgende henviser betegnelserne efter anlæggenes numre (x1/x2/x3) til fabrikatnavne for hhv. solfanger(e) + styring (x1), akkumuleringstank(e) (x2) og kedel (x3). 7

9 3.1 Anlæg 1: Batec/EB+EB/Arimax Øm, K (Anlæg 5/19) Solvarme Solfangere: 3 solfangere fra Batec type, BA 22. Datablad D2116. Samlet solfangerareal: 6,6 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 50. Solfangervæske: 40% propylenglycol Akkumulering: 2 stk. akkumuleringstanke på hver 500 liter fra EB-kedler (hhv. type EB acku 500 og type EB acku 120/380 Fr). Samlet beholdervolumen: 2x500 liter, hvoraf 120 liter udgøres af en neddykket varmtvandsbeholder i toppen af den ene tank. I bunden af tanken med indbygget varmtvandsbeholder, er der endvidere indbygget en kobberrørs varmeveksler, der er tilsluttet solfangerkredsen. Veksleren har en hedeflade på i alt 2,37 m 2. De to akkumuleringstanke er parallelforbundet med to 2" rør, så de kan udveksle varme. Akkumuleringstankene fungerer også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Batec BDT, Datablad D5020 Beregnet anlægsydelse: kwh Anlægget forsyner et enfamiliehus på 164 m². Anlægsydelsen er beregnet ved et gennemsnitligt forbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Rumvarmebehovet er beregnet til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Arimax 25 brændekedel med kedelshunt og termostatstyret pumpe. Kedlen er tilsluttet de to parallelforbundne akkumuleringstanke på i alt 1000 liter. Vha. programmet Biofuel /3/ er den nødvendige størrelse af akkumuleringstanken beregnet til ca liter ved fyring med tungt træ og til 1000 liter ved fyring med let træ. Tankkapaciteten er således meget tæt på det optimale. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse Anlægget er opbygget som forventet (EB standard anlæg), og ser generelt fornuftigt ud, og de mindre Arimax kedler er generelt udmærkede til brændefyring. Ved nominel ydelse har de (jf. typegodkendelsen) en virkningsgrad på 78% og CO-emission på 0,25%. Pga. trange pladsvilkår har det ikke været muligt at foretage målinger på dette anlæg, hvilket ellers kunne have været interessant. Kommentarer fra brugerne Anlægget har på intet tidspunkt været ude af drift, der forekommer ikke overkogning i solfangerne og anlægget leverer altid tilstrækkeligt varmt vand. Om vinteren fyres der normalt op i biobrændselskedlen én gang om dagen, på kolde vinterdage (udetemperatur < -10 C) dog to gange om dagen. Forår/efterår er det tilstrækkeligt med en fyring hver anden dag. 8

10 Om sommeren (fra ca. 1/4 1/10) er det oftest tilstrækkeligt at fyre op i biobrændselskedlen én gang om ugen afhængigt af antallet af solskinstimer. Brugerne opfatter det ikke som besværligt, at fyre op i biobrændselskedlen med ovennævnte hyppigheder. Det tager ca. 10 min. at tænde op, hvorefter brændkammeret fyldes 2-3 gange. Figur 3.1: Billeder af anlæg 1 (Øm). 9

11 3.2 Anlæg 2: Arcon/ /Passat Hornum, K (Anlæg 7/19) Solvarme Solfangere: 2 solfangere fra Arcon type, S-350. Datablad D2122. Samlet solfangerareal: 7,0 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 60. Solfangervæske: 50% propylenglycol Akkumulering: 1 stk. eksisterende akkumuleringstank på 2500 liter af ukendt fabrikat. Samlet beholdervolumen: 2500 liter. Akkumuleringstanken er tilsluttet solkredsen via en ekstern varmeveksler. Om sommeren benyttes kun toppen af tanken, og det varme brugsvand produceres i stuehuset vha. varmt vand fra akkumuleringstanken (radiatorvand). Radiatorvand tages fra toppen af tanken og føres retur til bunden af tanken. Akkumuleringstanken fungerer også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Arcon, Type TC-S2, Datablad D5024 Beregnet anlægsydelse: kwh Anlægget forsyner en beboelse på 120 m² med 2 beboere. Anlægsydelsen er beregnet ved et gennemsnitligt forbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Rumvarmebehovet er sat til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en 20 år gammel Passat brændekedel uden kedelshunt. Den er tilsluttet akkumuleringstanken med naturlig cirkulation. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse Der er ingen veksler i akkumuleringstanken. Der er observeret mange uisolerede og tilfældigt isolerede rør (se billede). Den pågældende brændekedel er en almindelig gennemforbrændingskedel, der er beregnet til fyring med koks. Ved fyring med brænde har den kraftig emission af CO og andre uforbrændte gasser og derfor en lav effektivitet. Oliefyret bliver kun brugt som reserve. Pga. tilslutningen med naturlig cirkulation mellem kedel og akkumuleringstank har det ikke været muligt at foretage målinger på dette anlæg. Kommentarer fra brugerne Anlægget har på intet tidspunkt været ude af drift, og der forekommer ikke overkogning i solfangerne. Hvis biobrændselskedlen holdes slukket om sommeren, er det først efter ca. 4 timers solskin, at vandet er tilstrækkeligt varmt. Om vinteren fyres der normalt op i biobrændselskedlen én gang om dagen, mens der forår/efterår kun fyres på overskyede dage. Om sommeren kan biobrændselskedlen holdes slukket på alle dage med mere end 4 timers solskin. Brugerne opfatter det ikke som besværligt, at fyre op i biobrændselskedlen med de ovennævnte hyppigheder. 10

12 Figur 3.2: Billeder af anlæg 2 (Hornum). 11

13 3.3 Anlæg 3: Batec/EB/Arimax Korsør, K (Anlæg 11/19) Solvarme Solfangere: 3 solfangere fra Batec type, BA 22. Datablad D2116. Samlet solfangerareal: 6,6 m² Solfangernes orientering: 12 fra syd med en hældning på 30. Solfangervæske: 40% propylenglycol Akkumulering: 1 stk. akkumuleringstank fra EB-kedler (type EB Acku 120/380 Fr). Samlet beholdervolumen: 500 liter, hvoraf 120 liter udgøres af en indbygget varmtvandsbeholder i toppen af tanken. Der trækkes varme fra lagertanken til rumvarme. I bunden af akkumuleringstanken er der indbygget en kobberrørs varmeveksler, der er tilsluttet solfangerkredsen. Veksleren har en hedeflade på i alt 2,37 m 2. Akkumuleringstankene fungerer også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Batec BDT, Datablad D5020 Beregnet anlægsydelse: kwh Anlægget forsyner et enfamiliehus på 145 m². Anlægsydelsen er beregnet ved et gennemsnitligt forbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Rumvarmebehovet er beregnet til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Arimax 25 brændekedel med kedelshunt og termostatstyret pumpe. Kedlen er tilsluttet akkumuleringstanken på 500 liter. Vha. programmet Biofuel /3/ er den nødvendige størrelse af akkumuleringstanken beregnet til hhv. ca liter ved fyring med tungt træ og 1000 liter ved fyring med let træ. Tankkapaciteten er således mindre end det halve af, hvad den burde være. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse Arimax kedler er, som tidligere nævnt, udmærkede til brændefyring. En akkumuleringstank på 500 liter anses dog for at være for lidt i forhold til fornuftig brændefyring. Ejeren er nødt til kun at fylde kedlen halvt op ved hver fyring. Hvis brændekammeret fyldes helt op, produceres der mere varme, end der kan afsættes i akkumuleringstanken (som er for lille). Når kedlens termostat herefter slår fra, lukker Arimax kedlen ned for kedelspjældet, hvilket medfører, at forbrændingen stopper eller bliver meget dårlig med unødvendig forurening og tilsodning til følge. En (halv) fyring om dagen er nok det meste af året, bortset fra meget kolde dage, hvor det kan være nødvendigt at fyre to gange på en dag (stadig kun halv opfyldning), og ifølge ejeren fungerer det derfor udmærket. Kommentarer fra brugerne Anlægget har været ude af drift i forbindelse med reparation af keramikplade og i forbindelse med montering af endnu en lagertank samt en større ekspansionsbeholder. Monteringen af den ekstra lagertank er sket efter inspiceringen af anlægget. Der har på intet tidspunkt forekommet kogning i solfangerne, og anlægget leverer altid tilstrækkeligt varmt vand. 12

14 Om vinteren fyres der normalt op i biobrændselskedlen én gang om dagen. Forår/efterår fyres der ca. 2-3 gange pr. uge. Om sommeren (fra ca. 1/5-15/9 1999) har biobrændselskedlen kun været i drift 5 gange. Brugerne opfatter det ikke som besværligt, at fyre op i biobrændselskedlen med de ovennævnte hyppigheder. Figur 3.3: Billede af anlæg 3 (Korsør). 13

15 3.4 Anlæg 4: Thermosol/EB/Arimax Vojens, K (Anlæg 12/19) Solvarme Solfangere: 2 solfangere fra Thermosol type, AE-32. Datablad D2114. Samlet solfangerareal: 5,6 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 30. Solfangervæske: 40% propylenglycol Akkumulering: 1 stk. akkumuleringstank på 500 liter fra EB-kedler (type EB acku 120/380 Fr). Samlet beholdervolumen: 500 liter. Tanken er forsynet med en indbygget varmtvandsbeholder i toppen på 120 liter. I bunden er der indbygget en kobberrørs varmeveksler, der er tilsluttet solfangerkredsen. Veksleren har en hedeflade på i alt 2,37 m 2. Akkumuleringstanken fungerer også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikat Arcon type TS-C2, Datablad D5024 Beregnet anlægsydelse: kwh Anlægget forsyner et enfamiliehus på 140 m². Anlægsydelsen er beregnet ved et gennemsnitligt forbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Rumvarmebehovet er sat til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Arimax 25 brændekedel med kedelshunt og termostatstyret pumpe. Kedlen er tilsluttet akkumuleringstanken på 500 liter. Vha. programmet Biofuel /3/ er den nødvendige størrelse af akkumuleringstanken beregnet til hhv. ca liter ved fyring med tungt træ og 1000 liter ved fyring med let træ. Tankkapaciteten er således mindre end det halve af, hvad den burde være. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse Der forekommer en del uisolerede rør (se nederste billede i Figur 3.4 på næste side). Den valgte akkumuleringstank (500 liter) er også for dette anlæg for lille i forhold til den valgte brændekedel. Der forekommer derfor den samme problematik med halve kedelfyldninger og risiko for dårlig forbrænding som ved anlæg 3 (se evt. beskrivelse af problematik i afsnit 3.3). På det øverste billede ses da også tjære og sodafsætning ved den sekundære luftventil. Desuden er det observeret, at anlægget ikke er udført, således som der er ansøgt om ved godkendelsen. Anlægget er blevet godkendt med 2 stk. Arcon solfangere med et lidt større areal på i alt 7,0 m². Det reducerede solfangerareal kan evt. medføre problemer med at holde 60 C i toppen af varmtvandsbeholderen om sommeren. I værste tilfælde må brugeren således enten leve med lunkent vand om sommeren, eller også er det nødvendigt at fyre op i brændekedlen med små brændemængder en gang i mellem om sommeren, hvilket ikke giver særligt gode driftsbetingelser for brændekedlen med dårlig virkningsgrad og unødig forurening til følge. Kommentarer fra brugerne Ingen kommentarer fra brugerne. 14

16 Figur 3.4: Billeder af anlæg 4 (Vojens). 15

17 3.5 Anlæg 5: Djurs/EB+EB/Arimax Snedsted, K (Anlæg nr. 13/19) Solvarme Solfangere: 2 solfangere fra Djurs Solvarme type, DS-3. Datablad D2127. Samlet solfangerareal: 5,7 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 50. Solfangervæske: 40% propylenglycol Akkumulering: 2 stk. akkumuleringstanke på hver 500 liter fra EB-kedler (hhv. type EB acku 500 og type EB acku 120/380 Fr). Samlet beholdervolumen: 2x500 liter, hvoraf 120 liter udgøres af en neddykket varmtvandsbeholder i toppen af den ene tank. I bunden af tanken med indbygget varmtvandsbeholder i toppen er der indbygget en kobberrørs varmeveksler, der er tilsluttet solfangerkredsen. Veksleren har en hedeflade på i alt 2,37 m 2. De 2 akkumuleringstanke er parallelforbundet med to 2" rør, således at de kan udveksle varme. Akkumuleringstankene fungerer også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Danish Electro Energy, type 2003, Datablad D5035 Beregnet anlægsydelse: kwh Anlægget forsyner et enfamiliehus på 144 m². Anlægsydelsen er beregnet ved et gennemsnitligt forbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Rumvarmebehovet er sat til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Arimax 25 brændekedel med kedelshunt og termostatstyret pumpe. Kedlen er tilsluttet de 2 parallelforbundne akkumuleringstanke på i alt 1000 liter. Vha. programmet Biofuel /3/ er den nødvendige størrelse af akkumuleringstanken beregnet til hhv. ca liter ved fyring med tungt træ og 1000 liter ved fyring med let træ. Tankkapaciteten er således meget tæt på det optimale. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse Der forekommer en del uisolerede rør; dels de indvendige solvarmerør i fyrrummet og dels en del af rørene i kedelkredsen. Det er observeret, at der ikke er afspærringsventil mellem de to akkumuleringstanke. Dvs. om sommeren er der ingen mulighed for at afkoble den ene tank, hvilket anses for uheldigt. Den pågældende Arimax kedel er forsynet med oliefyr. Kommentar fra brugerne Stuehuset er efter inspiceringen udvidet med en overetage på ca. 80 m², som anlægget også opvarmer. Anlægget har på intet tidspunkt været ude af drift, der forekommer ikke overkogning i solfangerne og anlægget leverer altid tilstrækkeligt varmt vand. 16

18 Om vinteren fyres der ca. i biobrændselskedlen 4-5 gange om ugen, mens der forår/efterår kun fyres ca. 1-2 gange om ugen. Om sommeren kan biobrændselskedlen holdes slukket på dage med solskinsvejr. I enkelte travle perioder har brugerne slået over på oliefyret, men de opfatter det generelt ikke som besværligt, at fyre op i biobrændselskedlen med de ovennævnte hyppigheder. Brugerne gør dog opmærksom på, at processen med selv at lave tørt brænde kan være ret tidskrævende. Figur 3.5: Billeder af anlæg 5 (Snedsted) 17

19 3.6 Anlæg 6: Thermosol/EB+Arimax/Arimax Asnæs, (Anlæg 16/19) Solvarme Solfangere: 3 stk. solfangere fra Thermosol, type AE 24. Datablad D Samlet solfangerareal: 6,1 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 25. Solfangervæske: 40% propylenglycol Akkumulering: 2 stk. akkumuleringstanke. 1 stk. på 500 liter fra EB-kedler (type EB Acku 120/380 Fr) og 1 stk. på 1850 liter fra Arimax. Samlet beholdervolumen: liter, hvoraf 120 liter udgøres af en indbygget varmtvandsbeholder i toppen af solvarmetanken på de 500 liter. I bunden af akkumuleringstanken for solvarme er der indbygget en kobberrørs varmeveksler, der er tilsluttet solfangerkredsen. Veksleren har en hedeflade på i alt 2,37 m 2. De 2 akkumuleringstanke er parallelforbundet med to 2" rør, således at de kan udveksle varme. Varme til radiatorer tages fra toppen af den lille tank og føres retur til bunden af den store tank. Akkumuleringstankene fungerer også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Thermosol, type SMT 300, Datablad D 5029 Beregnet anlægsydelse: Ingen oplysninger. Anlægget forsyner en beboelse på 290 m² med 2 beboere samt et drivhus på 60 m². Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Arimax 60 brændekedel med kedelshunt og termostatstyret pumpe. Den er tilsluttet de 2 parallelforbundne akkumuleringstanke på i alt 2350 liter samt en oliefyret støbejernskedel (Tasso). Vha. programmet Biofuel /3/ er den nødvendige størrelse af akkumuleringstanken beregnet til ca liter ved fyring med tungt træ. Tankkapaciteten er således 25% mindre, end den burde være. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse Ejeren har bygget anlægget om i forhold til EB s standard anlæg. Ejeren havde planer om yderligere ombygning. Der forligger ikke noget principdiagram for anlægget. Solvarmen føres ind i bunden af den store tank. Kommentar fra brugerne Ingen kommentarer fra brugerne. 18

20 Figur 3.6: Billeder af anlæg 6 (Asnæs) 19

21 3.7 Anlæg 7: Batec/XXX/HS Tarm Tølløse, (Anlæg 17/19) Solvarme Solfangere: Akkumulering: Automatik: Beregnet anlægsydelse: Biobrændsel Biokedel: 3 solfangere fra Batec. Ingen oplysninger om type/datablad. Samlet solfangerareal: 9,0 m². Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på Solfangervæske: Ingen oplysninger. 1 stk. akkumuleringstanke. Ingen oplysninger om fabrikat eller type. Samlet beholdervolumen: Ingen oplysninger. Der er ingen akkumuleringstank for biobrændselskedlen. Ingen oplysninger Ingen oplysninger Anlægget forsyner et enfamiliehus på 107 m². Der er installeret en HS-Tarm Solo+, 18 MK II brændekedel uden kedelshunt med en AVTA ventil i fremløbet. Kedlen er ikke tilsluttet nogen akkumuleringstank. Kedlen er installeret i et udhus med neddykket sikkerhedsledning til ekspansion på 1.sal i stuehuset altså ulovligt. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse På installationstispunktet var den pågældende brændekedel en af de få brændefyrede kedler på markedet, der kunne brænde virkelig godt. Kedlen har imidlertid aldrig rigtig fungeret hovedsageligt fordi den er blevet monteret uden akkumuleringstank. Den er bl.a. brændt pga. voldsom soddannelse (kan anes på billedet). Anlægget er taget med som et eksempel på, hvordan biobrændselsanlæg bestemt ikke skal udføres. Det er ikke acceptabelt, at installatører udfører den slags installationer. Kommentarer fra brugerne Solvarmeanlægget virker ifølge brugeren tilfredsstillende, og der forekommer ikke kogning i solfangerne. Biobrændselskedlen har imidlertid aldrig virket tilfredsstillende og er derfor siden inspektionen blevet udskiftet med en oliefyret kedel. 20

22 Figur 3.7: Billeder af anlæg 7 (Tølløse) 21

23 3.8 Anlæg 8: Dansk Solvarme/Nilan/Americoal Fjenneslev, (Anlæg 18/19) Solvarme Solfangere: Akkumulering: Automatik: Beregnet anlægsydelse: Biobrændsel Biokedel: Ingen oplysninger om fabrikat eller størrelse Samlet solfangerareal: 14,0 m² Solfangernes orientering: ingen oplysninger Solfangervæske: ingen oplysninger 1 stk. akkumuleringstank fra Nilan. Samlet beholdervolumen: ingen oplysninger Ingen oplysninger Ikke oplyst Anlægget forsyner et enfamiliehus på 120 m². Der er installeret en Americoal Compact A3 pillebrænder monteret på en TMV Värme kedel. Pillebrænderen har aldrig virket tilfredsstillende, bl.a. på grund af brodannelse i indfødningssystemet. Umiddelbare bemærkninger til anlægget ved besigtigelse Ingen bemærkninger Kommentarer fra brugerne Der forekommer overkogning i solfangerkredsen om sommeren. 22

24 3.9 Målt anlæg 1: Aidt/Aidt+Unical/Unical Hadsund, (Anlæg 15/19) Solvarme Solfangere: 4 solfangere fra Aidt, type LF3. Datablad D2105. (Ej selektive). Samlet solfangerareal: 12,0 m² Solfangernes orientering: mod vest med en hældning på 45. Solfangervæske: 26% propylenglycol Akkumulering: 2 stk. akkumuleringstanke. 1 stk. 750 liter tank fra Aidt og 1 stk liter tank til biobrændselskedlen fra Unical. Samlet beholdervolumen: liter. Der er indbygget varmtvandsbeholder i toppen af solvarmetanken på 750 liter. Det varme brugsvand eftervarmes i en el-vandvarmer i stuehuset. Akkumuleringstankene er sammen med biobrændselskedlen opstillet i udhuset. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Danotek Beregnet anlægsydelse: Ingen oplysninger. Anlægget forsyner et enfamiliehus på 250 m². Der er ikke søgt om tilskud til anlægget. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Unical SHG 30 brændekedel med manuel kedelshunt. Kedlen var ved besøgstidspunktet tilsluttet solvarmetanken på 750 liter, men er efterfølgende (inden påbegyndelse af målingerne) blevet tilsluttes 1000 liter tanken, og de to tanke på i alt 1750 liter er blevet parallelforbundet, således de kan udveksle varme. Kedlen har en nominel ydelse på 36 kw. Vha. programmet Biofuel /3/ er den nødvendige størrelse af akkumuleringstanken beregnet til ca liter ved fyring med tungt træ og ca liter ved fyring med let træ. Tankkapaciteten på 1750 liter er således næsten optimal. Sammenkoblingen mellem biobrændselskedel, akkumuleringstank, solfanger og varmeanlæg (efter tilslutningen af begge tanke) fremgår af Figur 3.8. Funktionsbeskrivelse Solvarmen overføres via en ekstern veksler til solvarmetanken på 750 liter. (Der måles kun på tanksiden - sekundærkredsen). Temperaturen i primærkredsen er ifølge ejeren ca. 10 C højere end på tanksiden (sekundærkredsen). Om vinteren er solvarmeanlægget permanent slukket. Vinterslukningen styres manuelt af ejeren. Ved ferie eller bortrejse om sommeren sætter ejeren cirkulation på radiatorkredsen, så solvarmeffekten kan blive afsat der. Systemet er særdeles velisoleret, og må forventes at have et forholdsvist beskedent varmetab. Kedelpumpen kontrolleres af den indbyggede styring i fyret. Den starter når underforbrændingen i fyret aktiveres og stopper 30 min. efter, at temperaturen i kedlen er faldet til under 70 grader (så vidt ejeren kan huske). Pumpen mellem de 2 tanke styres af en lille separat differensstyring. Pumpen kører, når TLA2 > (TLB1-2 C). Målingerne foretages med separate følere, som ikke nødvendigvis måler det sammen som de opsatte RTD-følere i forbindelse med måleprojektet. Ejeren har på fornemmelsen, at pumpen kører lidt for meget under opvarmningen, og derved får vandet til at cirkulere for meget mellem tankene. Derved ødelægges lagdelingen. 23

25 M1 T1H T1L T2H T3H M3 T3L M2 T4H M4 750 l 1000 l T2L T4L T2L T2L ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD Figur 3.8: Principdiagram for anlæg M1 (Hadsund). Figur 3.9: Billeder af anlæg M1 (Hadsund). 24

26 3.10 Målt anlæg 2: Batec/EB+Arimax/Arimax Helsinge, K (Anlæg 6/19) Solvarme Solfangere: 4 solfangere fra Batec, type BA-30. Datablad D2117. Samlet solfangerareal: 12,0 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 45. Solfangervæske: 40% propylenglycol Akkumulering: 2 stk. akkumuleringstanke. Heraf 1stk. på 500 liter fra EB-kedler (type acku 120/380 FR) samt 1 stk. på 1850 liter fra Arimax. Samlet beholdervolumen: liter, hvoraf 120 liter udgøres af en indbygget varmtvandsbeholder i toppen af solvarmetanken fra EB-kedler. I bunden af solvarmetanken er der indbygget en kobberrørs varmeveksler, der er tilsluttet solfangerkredsen. Veksleren har en hedeflade på i alt 2,37 m 2. De to akkumuleringstanke er parallelforbundet med to 2" rør, således at de kan udveksle varme. Akkumuleringstankene fungerer også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Batec BDT, Datablad D5020 Beregnet anlægsydelse: kwh Anlægget forsyner en beboelse på 240 m² med 6-10 beboere. Anlægsydelsen er beregnet ved et gennemsnitligt forbrug på 400 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Behovet for rumvarme er sat til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Arimax 35 brændekedel med kedelshunt og termostatstyret pumpe. Kedlen er tilsluttet de to parallelforbundne akkumuleringstanke på i alt 2350 liter. Kedlens nominelle ydelse er 24 kw. Vha. programmet Biofuel er den nødvendige tankstørrelse beregnet til ca liter ved fyring med tungt træ. Tankkapaciteten er således særdeles velafpasset. Som backup er kedlen monteret med en oliebrænder, så der kan fyres med olie i kedlen. Sammenkoblingen mellem biobrændselskedel, akkumuleringstanke, solfanger og varmeanlæg fremgår af Figur Funktionsbeskrivelse Som det fremgår af Figur 3.10, er såvel radiatorkreds som gulvvarmekreds med shunt. Varmt brugsvand forvarmes i bunden af den store tank, hvorefter den varmes yderligere op i 120 l beholderen. Herefter føres den tilbage til den store tank, hvor den eftervarmes inden brug. Varme til radiatorer tages fra top af lille tank og føres retur til bund af stor tank. 25

27 T1H T1L M1 500 l M4 T4H T4L T2H T3H 1850 l T6H T2L M2 T3L T6L M6 M3 ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD Figur 3.10: Principdiagram for anlæg M2 (Helsinge). Figur 3.11: Billeder af anlæg M2 (Helsinge) 26

28 3.11 Målt anlæg 3: NNR-Arcon/HS-tarm+ /El-projekt Øster Hornum, K (Anlæg 19/19) Solvarme Solfangere: 5 solfangere fra Arcon, type STU-V. Datablad Samlet solfangerareal: 12,6 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 45 Solfangervæske: Vand Anlægget er et drain-back system (tømmeanlæg). Solfangerne er installeret på taget af et udhus. Akkumulering: 1 stk. akkumuleringstank på 500 liter fra HS-tarm i udhus. Brugsvandet opvarmes i stuehuset i en eksisterende varmtvandsbeholder på 160 liter, type Mercotech Combinet (D8402) samt som backup en elvandvarmer på 60 liter. Samlet beholdervolumen: liter, hvor de 160 liter udgøres af separat varmtvandsbeholder i stuehuset. Brugsvandet i 160 liters beholderen opvarmes af centralvarmeanlægget. Som supplement er beholderen forsynet med en elektrisk eftervandvarmer. Specialtanken på 500 liter fra HS Tarm har indbygget tømmetank på 170 liter. Akkumuleringstanken anvendes også som lager for biobrændselskedlen. Automatik: Automatikken er af fabrikatet Arcon, type TC-S2, Datablad D5024 Beregnet anlægsydelse: kwh Anlægget forsyner et enfamiliehus på 250 m². Anlægsydelsen er beregnet ved et varmtvandsforbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Behovet for rumvarme er sat til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Biobrændsel Biokedel: Der er installeret en Power matic Stoker på en gammel støbejernskedel. Kedlens nominelle ydelse er 48 kw. Sammenkoblingen mellem biobrændselskedel, akkumuleringstank, solfanger og varmeanlæg fremgår af Figur Funktionsbeskrivelse Solvarmeanlægget er etableret som et forvarmeanlæg, der opvarmer returvandet inden indløb til kedlen. Det betyder imidlertid, at solvarmetanken i perioder uden solvarme kan blive unødigt forvarmet af varmt returvand (hvis returtemperaturen fra radiatorsystemet af en eller anden grund skulle stige). På den måde kan det varme returvand tage lagervolumen fra solvarmeanlægget men varmen føres dog senere tilbage til kedlen Husets varmeanlæg har fra gammel tid været behæftet med forskellige fejl, der i perioder har bevirket en høj returtemperatur fra centralvarmeanlægget. Den oprindelige varmtvandsbeholder på 160 liter af typen METRO KOMBI er derfor (før måleperiodens start) blevet forsynet med en ekstra 60 liter elvandvarmer til el-backup for at undgå, at elpatronen i varmtvandsbeholderen kan opvarme centralvarmevandet, når fremløbstemperaturen fra kedel/solvarmeanlæg falder til under 45 C. (Fremløbstemperaturen vil typisk falde, når fyret løber tør for træpiller, eller når fyret er slukket, så kun solvarmeanlægget sørger for varmeforsyningen). 27

29 Først i feb (ca. en måned efter målingernes påbegyndelse) er varmtvandsbeholderen blevet forsynet med en termostat ventil (RAVK), som lukker ned for gennemstrømningen til centralvarmeanlægget, når en bestemt brugsvandstemperatur er nået (f.eks. 50 C). Indtil da kunne kedlen opvarme varmtvandsbeholderen (til f.eks. 70 C) og varmtvandsbeholderen kunne så afgive varmen til centralvarmevandet igen, når fremløbstemperaturen fra kedlen senere faldt. Gulvvarmekredsen i badeværelset var indtil starten af feb forsynet med manuel styring og kunne derfor kortslutte frem og retur på centralvarmeanlægget. Radiatoren i entreen var frem til foråret 2000 koblet omvendt til frem og retur og gav derfor i kolde perioder (hvor radiatoren blev brugt) en høj temperatur i returledningen. Cirkulationspumpen kører altid, for at kunne føre varme fra fyr/solvarmetank i udhus til radiatoranlæg/varmtvandsbeholder i stuehus. I perioder med lavt varmeforbrug har brugeren dog forsøgt at skrue ned for pumpehastigheden for at reducere temperaturen i returledningen. Efter måleperiodens afslutning er der blevet etableret gulvvarmeanlæg (med blandesløjfe) i køkken og spisestue. Stoker T1H T1L M1 T3H M3 160 l T4H 500 l M2 T2H T3L T2L M4 T4L ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD Figur 3.12: Principdiagram for anlæg M3 (Øster Hornum). 28

30 Figur 3.13: Billeder af anlæg M3 (Øster Hornum). 29

31 3.12 Målt anlæg 4: Ans/Kildemoes/Bioenergi Samsø, K Solvarme Solfangere: Akkumulering: Automatik: Beregnet anlægsydelse: Biobrændsel Biokedel: 4 stk. solfangere fra Ans solvarme med absorber af sunstrip og dæklag af hærdet glas. Samlet solfangerareal: 15,6 m² Solfangernes orientering: mod syd med en hældning på 60. Solfangervæske: Ingen oplysninger 1 stk. specialdesignet akkumuleringstank på 750 liter fra Kildemoes Solvarme. Akkumuleringstanken er forsynet med elpatron. Det varme brugsvand laves vha. en gennemstrømsvarmeveksler. Akkumuleringstanken anvendes også som lager for biobrændselskedlen. Ingen oplysninger kwh Anlægget forsyner et enfamiliehus på 200 m². Anlægsydelsen er beregnet ved et varmtvandsforbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. dag hele året. Behovet for rumvarme er sat til kwh/år. Forbruget er fundet ud fra standardforudsætningerne. Der er installeret en Bioenergi brændeovn med vandtank (gris) med en afgivet effekt på 10 kw, hvoraf ca. 50% går til vandsiden. Sammenkoblingen mellem biobrændselskedel, akkumuleringstank, solfanger og varmeanlæg fremgår af Figur Funktionsbeskrivelse Akkumuleringstanken udgør hjertet i anlægget. Al energi fra henholdsvis solfanger og vandgris afleveres i tanken via specialudformede indløb, som minimerer opblanding/ødelæggelse af temperaturlagdeling. Fra tanken udtrækkes efter behov energi til gennemstrømsvarmeveksler (brugsvand) og centralvarmekreds (rumvarme). Akkumuleringstanken er afprøvet på Institut for Bygninger og Energi som beskrevet i /4/. Akkumuleringstanken har indbygget elpatron på 6 kw. Det primære formål med elpatronen er at sikre centralvarmeanlægget imod frostskader i forbindelse med bortrejse i vinterperioden. Elpatronen er kun i drift i forbindelse med bortrejser. Den øverste del af vandvolumenet i akkumuleringstanken er afsat til produktion af varmt brugsvand. Gennemstrømsvarmeveksleren fødes med varmt vand fra toppen af akkumuleringstanken. Returen fra veksleren ledes til bunden af tanken. Brugen af en eksternt placeret gennemstrømsvarmeveksler til brugsvand sikrer en stor afkøling af vandet. Med en koldtvandstemperatur på 10 C og en fremløbstemperatur på ca. 60 C opnås ved normale tapninger (ca. 10 liter/min.) en returtemperatur på ca. 20 C. Den lave returtemperatur sikrer en ekstra kold zone i bunden af akkumuleringstanken, hvilket forbedrer solfangerydelsen. Brug af ekstern varmeveksler til brugsvand giver endvidere større sikkerhed imod bakterieholdigt varmt vand. Udtag til centralvarmekreds er placeret i et niveau svarende til totredjedel af tankens højde, hvilket sikrer en passende mængde varmt vand til brugsvandsproduktion (centralvarmekredsen er ikke i stand til helt at tømme akkumuleringstanken for varmt vand). 30

32 Fremløbet fra brændeovnens vandgris er placeret i toppen af akkumuleringstanken som ved traditionelle biobrændselsanlæg. Returen til vandgrisen er placeret i et niveau svarende til ca. tofemtedel af tankens højde. Dette betyder, at den nederste kolde del af tankens volumen er reserveret til solfangeren. Brændeovnen, som er placeret ca. 20 m fra tanken, overfører i pulsdrift energi til tanken vha. en traditionel cirkulationspumpe. Pumpen er termostatstyret. Solfangeren overfører energien til akkumuleringstanken via en pladevarmeveksler. Fremløbet fra veksleren til akkumuleringstanken ledes ved høje temperaturer (> 60 C) til toppen af tanken for hurtigt at sikre tilstrækkeligt varmt vand til brugsvandsproduktion. Ved lavere temperaturer (typisk om morgenen og sidst på dagen) ledes fremløbet fra veksleren automatisk til bunden af tanken for ikke at ødelægge temperaturlagdelingen i tanken. Der foreligger indtil videre kun driftserfaringer fra sommerhalvåret Anlægget har ifølge ejeren fungeret meget tilfredsstillende. Brændeovn M2 T2H T3H T2L M3 T3L M1 T1H 750 l T4H T1L M4 T4L ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD Figur 3.14: Principdiagram for anlæg M4 (Samsø). 31

33 Figur 3.15: Billeder af anlæg M4 (Samsø). 32

34 3.13 Oversigt og generelle bemærkninger De 12 besigtigede anlæg repræsenterer forskellige størrelser og anlægstyper på såvel solvarmesiden som biovarmesiden. Der er solfangerarealer fra ca. 6 m² - 16 m², samlede beholdervolumener fra liter og biokedler med nominelle ydelser fra ca kw. Et enkelt af anlæggene forsyner en bebyggelse med 6-10 beboere (anlæg M2 i Helsinge), ellers forsyner de øvrige anlæg enfamiliehuse med 2-4 beboere. Nedenfor i Tabel 3.1 er vist en oversigt over solfangerareal, størrelse af akkumuleringstank, lagerets udformning, varmtvandsopvarmning, supplerende energikilde og biokedeltype for de 12 besigtigede anlæg. Anlæg nr. Oversigt over besigtigede anlæg A sol V akk lagertype VVB supplering automatisk/manuel fyret biokedel 1 6,6 m² 2 x 500 l 2 forbundne 120 l neddykket nej manuel 2 7,0 m² 2500 l 1 fælles 160 l separat i stuehus oliefyr manuel 3 6,6 m² 500 l 1) 1 fælles 120 l neddykket nej manuel 4 7,0 m² 500 l 1 fælles 120 l neddykket nej manuel 5 5,7 m² 2 x 500 l 2 forbundne 120 l neddykket oliefyr manuel 6 6,1 m² l 2 forbundne 120 l neddykket oliefyr manuel 7 9,0 m²? 1, kun sol?? manuel 8 14,0 m²? 1, kun sol?? automatisk M1 12,0 m² l M2 12,0 m² l 2 forbundne? l indbygget elvandvarmer manuel 2 forbundne 120 l neddykket oliefyr manuel M3 12,6 m² 500 l 1 fælles 160 l separat i stuehus elpatron automatisk M4 15,6 m² 750 l 1 fælles via ekstern veksler elpatron manuel Tabel 3.1: Oversigt over de 12 besigtigede anlæg. 1) Anlægget havde ved besigtigelsen kun 1 akkumuleringstank, men er siden blevet udvidet med endnu en tank. Der er principielt stor forskel på anlæg med manuelt fyret brændekedel (til brænde) og anlæg med automatisk fyret kedel (stokerfyr). To af de besigtigede anlæg har stokerfyr (anlæg 8 og M3), mens de resterende 10 anlæg har manuel fyret brændekedel. Manuelt fyrede brændekedler skal altid forsynes med akkumuleringstank, som kan optage den del af kedelydelsen, som ikke anvendes direkte til opvarmning af boligen, idet manuelt fyrede kedler til brænde i hovedreglen kun har en acceptabel forbrænding ved kedlens nominelle effekt (fuldlast). På enkelte anlæg med iltstyring kan belastningen dog reduceres til omkring 50% af den nominelle effekt, uden at hverken virkningsgrad eller emissioner forringes nævneværdigt. I de tilfælde, hvor akkumuleringstanken undlades, ses desuden ofte en forøget korrosion af kedlen pga. svingende vand- og røggastemperaturer, ligesom fabrikantens garantiforpligtelse kan bortfalde /2.s33/. 33

35 Selv de automatisk fyrede kedler (stokere) kører med forringet drift, når ydelsen reduceres. I sommermånederne, hvor effektbehovet er nede på 5-10% af nominel ydelse (svarende udelukkende til varmtvandsbehovet) forringes virkningsgraden typisk med 20-30% i forhold til virkningsgraden ved nominel ydelse /2.s34/. Af den grund må ydelsen på en automatisk biokedel ikke overstige husets maksimale varmebehov om vinteren. Det kan derfor være en god ide at supplere med oliefyr eller brændeovn i de koldeste måneder. De forskellige anlæg kan inddeles i 3 forskellige typer, afhængig af lagerets udformning: anlæg med 1 stk. akkumuleringstank kun til solvarme (ingen lager for biokedlen) anlæg med 1 stk. fælles akkumuleringstank for både solvarme og biovarme anlæg med 2 stk. forbundne (fælles) askkumuleringstank for både solvarme og biovarme Der kan yderligere skelnes mellem anlæg med eller uden yderligere supplerende energikilde (f.eks. elpatron el. oliefyr). I Tabel 3.2 er de 12 besigtigede anlæg inddelt efter lagerets udformning og med angivelse af, om der er supplerende energikilde eller ej: Anlægstype supplering Anlæg nr. 1 stk. akkumuleringstank, kun til sol? ) 1 stk. akkumuleringstank, fælles 2 stk. akkumuleringstanke, forbundne 3 2) M3 1) + M M1 + M2 Tabel 3.2: De 12 udvalgte anlægs fordeling på typer. 1) Automatisk anlæg (m. stoker). 2) Anlæg havde ved besigtigelse kun 1 akkumuleringstank, men er siden hen blevet udvidet med endnu en tank. Solvarmeanlægget yder mest, hvis indløbstemperaturen til solfangeren holdes lavest mulig. Jo højere temperaturniveau i solfangerne desto større varmetab og dermed mindre ydelse. I de perioder sommer og forår/efterår, hvor varmebehovet er lille, er det en stor fordel, hvis anlægget er forsynet med elpatron, oliefyr el. lign. som supplerende energikilde. Ellers risikerer man nemt, at biobrændselskedlen skal køre ved en lav ydelse i de perioder, hvor solvarmen ikke er tilstrækkelig. Den lave ydelse resulterer i dårlig virkningsgrad og høj forureningsafgivelse. Som det fremgår, er i alt 3 af de besigtigede anlæg uden nogen form for supplerende energikilde. Hvis der anvendes en manuelt fyret brændekedel, skal der være en akkumuleringstank til rådighed til at optage den del af kedelydelsen, som ikke anvendes direkte til opvarmning i boligen. Det er således ikke hensigtsmæssigt i forhold til fornuftig brændefyring, når den opstillede akkumuleringstank kun benyttes til lagring af solvarme (som ved anlæg 7). Flere af anlæggene er desværre forsynet med kedler, der er decideret uegnede til brændefyring, og de fleste af kedlerne er overdimensionerede i forhold til det reelle varmebehov. De mest velegnede brændekedler er altid underforbrændingskedler eller kedler med omvendt forbrænding. De dårligst egnede er typiske gamle gennemforbrændingskedler, der i virkeligheden er beregnet til koks. På trods af, at mange automatiske fyringsanlæg brænder godt ved lave belastninger (ned til ca. 30%), er der perioder i løbet af året, hvor man med fordel kan skifte over til oliefyring eller anden form for supplerende energikilde /1.s6/. For flere af de besigtigede anlæg er forbrug og anlægskomponenter (i form af solfangere, lager og biokedel) ikke afpasset rigtigt i forhold til hinanden. Hvis solfangerarealet er for stort i forhold til forbrug og lagerstørrelse er der stor risiko for overkogning i solfangerne om sommeren. Dette forekom- 34

36 mer f.eks. for et af de besigtigede anlæg. Hvis akkumuleringstanken er for lille i forhold til brændekedlens kapacitet, kan det være nødvendigt kun at fylde kedlen delvist op ved hver fyring, således som det f.eks. er tilfældet ved anlæg 3 og 4. De pågældende brændekedler er indrettet på en sådan måde, at hvis der produceres mere varme, end der kan afsættes i akkumuleringstanken, vil kedlens termostat herefter slå fra, og kedlen vil lukke ned for kedelspjældet. Dette medfører, at forbrændingen stopper eller bliver meget dårlig med unødvendig forurening og tilsodning til følge. Overdimensionering af brændekedel (og akkumuleringstank) i forhold til det reelle varmebehov medfører desuden uhensigtsmæssigt store varmetab. Hvad angår installationernes udførelse er der blandt de besigtigede anlæg både eksempler på godt installationshåndværk, men der er desværre også adskillige eksempler på uhensigtsmæssige, utilstrækkelige eller direkte uforsvarlige installationer (på biovarmesiden). På flere af de inspicerede anlæg var isoleringen bl.a. utilstrækkelig eller tilfældig. Dette medfører uacceptabelt store varmetab, der i praksis kan betyde, at hele den energimæssige, miljømæssige og økonomiske gevinst går tabt. I et enkelt tilfælde er installationen ikke udført som ansøgt i forbindelse med anlæggets enkeltgodkendelse. En god lagdeling i akkumuleringstanken giver de bedste driftsbetingelser for solvarmeanlægget (pga. lavere indløbstemperaturer til solfangeren). Hvad angår akkumuleringstankens udformning er det derfor vigtigt at indløbs- og udløbsstudse er udformet, så temperaturlagdelingen i tanken bevares, samt at flowet ved tapning og påfyldning ikke er for stort. Ind- og udløbsstudsenes udformning kan ikke umiddelbart besigtiges, og lagdelingen i akkumuleringstanken kan i praksis kun undersøges ved at måle på det pågældende anlæg. Som nævnt, må ydelsen på en automatisk biokedel ikke overstige husets maksimale varmebehov i de koldeste måneder om vinteren (evt. suppleret med oliefyr eller brændeovn) dvs. typisk kw for en almindelig villa. Først indenfor de seneste år er der kommet stokerfyr på markedet, der ydelsesmæssigt og designmæssigt passer til disse krav. Ved besigtigelsen af anlæg M3 blev det f.eks. konstateret, at den nominelle ydelse for det pågældende stokerfyr var alt for stor i forhold til husets forventede maksimale varmebehov om vinteren. 35

37 4 Målinger I dette kapitel beskrives de udførte målinger, og resultater fra målingerne på de 3 anlæg i hhv. Hadsund (M1), Helsinge (M2) og Øster Hornum (M3) præsenteres og sammenlignes. Vurderinger af anlæggenes funktion på baggrund af målingerne fremgår af kapitel Udførte målinger Det faste måleprogram, der er udført på de 3 udvalgte anlæg, er gennemført af Prøvestationen for Solvarmeanlæg ved Teknologisk Institut. De tre anlæg har været forsynet med måleudstyr til registrering af temperaturer, flow, elforbrug og andre væsentlige parametre. Måledataene er vha. PC er og dataloggere logget hvert 5. sekund, og midlede 3-min. værdier er registreret i filer. Målingerne er gennemført over en periode på knap et år fra jan./marts 1999 t.o.m. jan 2000 og omfatter følgende: Tank-, kedel- og solfangertemperaturer m.v. Driftstider og brugsmønstre Energistrømme og ydelser for biokedel og solfangere Med henblik på at vurdere miljøbelastningen fra de tre anlæg, er der som supplement til det faste måleprogram udført særskilt måling af emissionsforhold og virkningsgrad for biobrændselskedlerne i en enkelt driftssituation (en forårsdag). På baggrund af de udførte målinger har det således været muligt vurdere følgende: Ydelse af solfangere Gennemsnitlig ydelse for biobrændselskedel Driftsprofil og belastningsprofil for hhv. solfanger og kedel Årsvirkningsgrader og sæsonvirkningsgrader* *Det løbende brændselsforbrug er kun opgjort for anlægget med stoker (anlæg M3 i Øster Hornum). Den løbende kedelvirkningsgrad kan således kun bestemmes for dette anlæg. For de øvrige anlæg er der udelukkende tale om års- og sæsonvirkningsgrader for solvarmeanlæggene. For anlægget på Samsø er målingerne foretaget ved, at ejeren selv har aflæst de opsatte energimålere for hver uge. Med henblik på at vurdere miljøbelastningen er emissionsforholdene og virkningsgraden for biobrændselskedlen bestemt for hver af de 3 anlæg i Hadsund (M1), Helsinge (M2) og Øster Hornum (M3). Målingerne er kun foretaget for en enkelt dag og er således kun et udtryk for forholdene i den pågældende driftssituation. Resultaterne er angivet i afsnit 4.2, hvor de er sammenlignet med prøvningsresultater ved typegodkendelserne. 36

38 4.1.1 Anlæg M1 i Hadsund I Hadsund har ejeren regelmæssigt (ca. hver uge) videresendt data via sin private . Dette har fungeret uden problemer. I løbet af foråret 1999 viste måleren i solvarmekredsen dog øjensynligt for lidt, hvorfor denne i begyndelsen af juni blev udskiftet med en ny. Iagttagelser i anlægget tyder på at energimålerens flowmåling har været ca. 10 gange for lille. Efter installation af en ny måler blev niveauet for energi og flow 10 gange højere. Dette stemmer overens med kontrol vha. en manuel flowmåler. Desuden passer det bedre med det forventede niveau. Imidlertid har det ved hjemtagning af den defekte måler ikke været muligt at efterspore fejlen. Det er således usikkert, om der har været en fejl på præcis en faktor 10, og om denne fejl har været der i hele måleperioden. Ved angivelsen af måleresultaterne er målingerne i solvarmekredsen korrigeret med en faktor Anlæg M2 i Helsinge I Helsinge har Prøvestationen med mellemrum selv hentet måledata fra PC-ens harddisk. Fra den 7/9-15/ har PC'ens harddisk imidlertid været brudt ned. Den blev erstattet af en ny, men der er derfor manglende data i den pågældende periode samt i de 2 første uger af november (målerne har været slukket) Anlæg M3 i Øster Hornum I Øster Hornum var dataindsamling først lagt an på, at ejeren skulle videre sende data på diskette. Dette fungerede i starten af perioden. Der har imidlertid været en del nedbrud af PC-en, hvilket har medført, at der ikke har kunnet overføres data til diskettedrevet. Der blev forsøgt med at etablere en automatisk hjemtagning af data via opkald til mobiltelefon. Denne løsning var imidlertid heller ikke velegnet, da mobiltelefonforbindelsen til lokaliteten var meget svag og ustabil. Det har alt i alt betydet, at der i den sidste del af måleperioden ikke løbende har været hentet måledata. De er først blevet udtaget fra PC'ens harddisk efter dens hjemtagning ved måleperiodens udløb Korrektion af målinger Der har, som beskrevet, været udfald i datalognings-udstyret, men energimålerne har været i drift hele tiden (undtaget i Helsinge (M2) fra 1/11 til 14/11). De summerede energimængder (målt vha. energimålerne) antages at være korrekte. I de perioder, hvor der har været udfald i datalognings-udstyret, er der derfor ved angivelsen af måleværdier for energimængder benyttet måleværdier fra energimålerne (idet disse energimængden er fordelt jævnt ud over hele udfaldsperioden). Desværre gælder dette ikke for målingen af el-forbrug i el-patroner, som således mangler i perioder med måleudfald Bemærkninger til anlæggenes funktion i måleperioden Der har kun været konstateret én egentlig fejlfunktion på anlægget i Hadsund (M1). Ved et besøg på anlægget den 16/9 blev det konstateret at den uisolerede ekspansionsbeholder i solfangerkredsen var varm, og derfor måtte give anledning til et forholdsvis stort varmetab. Det blev endvidere konstateret at den gule diode på styringen (som skal indikere normal vandstand i ekspansionen) ikke lyste, samt at vandstanden var over det øverste indløb til ekspansionen (ca. 20 cm over bunden). Ved normal vandstand skal vandspejlet være under dette indløb. Ifølge producenten (Aidt Miljø) betyder det netop, at der bliver ført varme ind i ekspansionsbeholderen. 37

39 Ejeren har ikke været opmærksom på dette forhold ved påfyldning af solfangervæske, og er derfor kommet til at fylde for meget på. Desværre blev forholdet opdaget sent i måleperioden, og det er således ikke nået at blive rettet. Det vurderes at ca. 250 til 450 kwh er afsat som varmetab i solfangerkredsen. 4.2 Miljømålinger I Tabel 4.1 er resultaterne fra de udførte miljømålinger på biokedlerne i anlæg M1, M2 og M3 (in-situ målinger) sammenlignet med prøvningsresultater jf. typegodkendelserne. Anlæg Virkningsgrad CO emission in-situ måling typegodkendelse in-situ måling typegodkendelse M1 (Hadsund) ca. 77 % 78 % 0,64 % 0,12 % M2 (Helsinge) < 65 % 78 % 0,76 % 0,25 % M3 (Øster Hornum) ca. 76 % 90 % 0,11 % 0,005 % Tabel 4.1: Virkningsgrad og CO emission for biokedler. Målt anlæg 1 (Hadsund) I listen over typegodkendte og tilskudsberettigede biobrændselsanlæg er det anført, at Unical SHG 30 ved 36 kw kan brænde med en nyttevirkning på 78% og en CO-emission på 0,12% ved referencetilstanden 10% O 2. Ved den anførte nyttevirkning indgår såvel røggastab som konvektionstab. Den 13/ er kedlens røggastab målt til 17,4% og CO emissionen til 0,64%. Hvis man indregner tabet ved uforbrændt og et konvektionstab på 1-1½ kw eller 3-4% har nyttevirkningen været ca. 77%. Det gode resultat kan tilskrives tørt, velkløvet brænde. Målt anlæg 2 (Helsinge) I listen over typegodkendte og tilskudsberettigede biobrændselsanlæg er det anført, at Arimax 35 ved 24 kw kan brænde med en nyttevirkning på 78% og en CO-emission på 0,25% ved referencetilstanden 10% O 2. Ved den anførte nyttevirkning indgår såvel røggastab som konvektionstab. Den 22/ er kedlens røggastab målt til 29,3% og CO emissionen til 0,76%. Hvis man indregner tabet med uforbrændt og et konvektionstab på 1-1½ kw eller 4-6% har nyttevirkningen været mindre end 65%. Det dårlige resultat kan tilskrives vådt brænde. Målt anlæg 3 (Øster Hornum) I listen over typegodkendte og tilskudsberettigede biobrændselsanlæg er det anført, at EP4 ved 48 kw kan brænde med en nyttevirkning på 90% og en CO-emission på 0,0050% ved referencetilstanden 10% O 2. Ved den anførte nyttevirkning indgår såvel røggastab som konvektionstab. Den 12/ er pillebrænderens røggastab målt til 21,2% og CO emissionen til 0,11%. Hvis man indregner tabet med uforbrændt og et konvektionstab på 1-1½ kw eller 2-3% har nyttevirkningen været ca. 76%. Det relativt dårlige resultat kan tilskrives dårlig indregulering af brænderen med et for stort luftoverskud. 38

40 4.3 Energimålinger Ved anlæg, der kombinerer solvarme og biovarme kan det diskuteres, om (og i givet fald hvordan) der kan foretages en opdeling i hhv. solvarmeydelse og bioydelse. Specielt i forbindelse det fælles varmeakkumuleringslager kan det diskuteres, hvorledes varmetabet fra lageret håndteres. Skal det regnes helt eller kun delvist med til solvarmeanlægget? Skal der evt. skelnes mellem forskellige årstider? For at få et overblik over, hvor meget af forbruget, der dækkes af hhv. solvarme og biovarme, er det i det følgende valgt at skelne mellem energibidrag fra hhv. hhv. solvarmeanlæg og biobrændselsanlæg. De anvendte definitioner fremgår af afsnit 4.3.1, mens de målte energimæssige ydelser fremgår af afsnit I afsnit er de energimæssige ydelser omregnet til normalår Definitioner Der er anvendt følgende forkortelser: BV : Brugsvandsforbrug BVC : Energiforbrug til brugsvandscirkulation RV : Rumvarmeforbrug (i alm. radiatorkreds) GV : Gulvvarmeforbrug (i særskilt gulvvarmekreds) Sol : Energibidrag fra solkreds (til lager) Kedel : Energibidrag fra kedelkreds El : Energibidrag fra evt. elpatron Ydelser og dækningsgrader For solvarmeanlæg benyttes solvarmenlæggets nettoydelse ofte som beskrivelse af den energibesparelse solvarmeanlægget forårsager. Nettoydelsen defineres ofte som den nyttiggjorte energi, som tappes fra anlægget, fratrukket bidragene fra andre supplerende energikilder end solvarmen. Såfremt anlæggets energibalance kan defineres som : Q sol tilført lager + Q supplerende energi = Q nyttiggjort energi + Q varmetab er nettosolvarmeydelsen ligeledes det samme som solvarmen tilført lageret, fratrukket varmetab i lager m.m. Der er i ovenstående udtryk og i denne rapport valgt at se bort for energiforbrug i pumper. Dækningsgraden defineres ofte som nettoydelsen divideret med den nyttiggjorte energi (energibehovet). I ovenstående definition af nettoydelse henføres hele lagerets varmetab til solvarmen, hvilket ikke er rimeligt, når lagret også fungerer som lager for biobrændselskedlen. I rapporten anvendes derfor nedenstående definition af nettoydelser (i det følgende blot kaldt ydelser) og dækningsgrader, idet beholderens varmetab er relateret til henholdsvis solvarmeanlæg og biokedel i samme forhold som energitilskuddet fra de to kilder på ugebasis. 39

41 Dvs., når kedlen er slukket om sommeren, henregnes hele varmetabet til solvarmen, medens det meste af varmetabet om vinteren henregnes til kedlen. Solvarmeydelse: Solvarme tilført lagertank(e) - Varmetab fra tank(e)* R R = Solvarme tilført tank/samlet energitilførsel tank (beregnet på ugebasis) Solvarmedækningsgrad: Solvarmeydelse_ Samlet forbrug Samlet forbrug består af brugsvandsbehov og rumvarmebehov (inkl. distributionstab ). Biokedel(netto)ydelse: Energi fra kedel tilført lagertank(e) - Varmetab fra tank(e)* (1-R) Biokedeldækningsgrad: I det samlede forbrug er tab fra rørledning mellem varmeanlæg og forbrugsinstallationer medregnet (f.eks. ved placering af det kombinerede solvarme- og biovarmeanlæg i et separat udhus) Måledata Biokedelydelse_ Samlet forbrug Samlet forbrug består af brugsvandsbehov og rumvarmebehov (inkl. distributionstab ). De målte forbrug og ydelser (jf. definitionerne i afsnit 4.3.1) for anlæg M1, M2 og M3 er bl.a. angivet nedenfor i Tabel Tabel 4.4. Figur 4.1 til Figur 4.3 illustrerer desuden de samlede energioversigter for de tre anlæg på grafisk form. Resultaterne fra anlægget på Samsø (M4), hvor der kun er foretaget simple energimålinger i uge 45-06, er præsenteret i Figur 4.4. De hvide huller på graferne er perioder, hvor der har været udfald i måleresultater/-system. 40

42 Tabel 4.2: Målte forbrug og energibidrag for anlæg M1 i Hadsund. 41

43 Tabel 4.3: Målte forbrug og energibidrag for anlæg M2 i Helsinge. 42

44 Tabel 4.4: Målte forbrug og energibidrag for anlæg M3 i Øster Hornum. 43

45 Hadsund, Energioversigt (summeret) [kwh] tid [uger] Brugsvand+El-patr. Rumvarme Kedel+Solvarme+El-patr. Kedel+El-patr. Kedel Figur 4.1: Samlet energioversigt for anlæg M1 i Hadsund. Helsinge, Energioversigt (summeret) [kwh] tid [uger] Brugsvand Rumvarme Kedel Kedel+Solvarme Figur 4.2: Samlet energioversigt for anlæg M2 i Helsinge. Øster Hornum, Energioversigt (summeret) [kwh] uge [timer] Brugsvand+El-patr. Rumvarme Kedel+Solvarme+El-patr. Kedel+El-patr. Kedel Figur 4.3: Samlet energioversigt for anlæg M3 i Øster Hornum. 44

46 Samsø, Energioversigt (summeret) [kwh] Tid [dag] Brugsvand Rumvarme sol+brænde+el sol+brænde sol Figur 4.4: Samlet energioversigt for anlæg M4 på Samsø Omregning til normalår Projektets måleperiode (1999) har været en forholdsvis mild og solrig periode. Der er foretaget en skønsmæssig omregning til tilsvarende forbrug og energibidrag i et såkaldt normalår. De estimerede forbrug og energibidrag for et normalår fremgår af Tabel Tabel 4.7. I det følgende beskrives det, hvorledes omregningen er foretaget. For de tre anlæg er det målte varmebehov sammenlignet med antallet af graddage som beregnet af Teknologisk Institut for den aktuelle måleperiode og baseret på målinger i København. Det er fundet, at varmebehovene pr. uge tilnærmet kan beskrives som: Hadsund (M1): Helsinge (M2): Øster Hornum(M3): Q = graddage(uge) * 10, [kwh/uge] Q = graddage(uge) * [kwh/uge] Q = graddage(uge) * [kwh/uge] Varmebehovet er den varmemængde der benyttes til rumopvarmning og varmt brugsvand + eventuelle varmetab udenfor fyrrummet. Solvarmeydelserne er sammenlignet med den af DMI målte globalstråling for den målestation, som ligger nærmest det pågældende anlæg. Der er fundet følgende tilnærmede overensstemmelse: Hadsund (M1): Bruttosol = (Globalsol -20) * 4,7 [kwh/uge] Nettosol = (Globalsol - 9) * 2,3 [kwh/uge] (Globalsol i kwh/uge/m², Målestation: Ødum) 45

47 Helsinge (M2): Bruttosol = (Globalsol - 3) * 5,5 [kwh/uge] Nettosol = (Globalsol - 3) * 3,9 [kwh/uge] (Globalsol i kwh/uge/m², Målestation: Sjælsmark) Øster Hornum (M3): Bruttosol = (Globalsol - 40) * 6,2 [kwh/uge] Nettosol = (Globalsol - 3) * 5,9 [kwh/uge] (Globalsol i kwh/uge/m², Målestation: Tylstrup) Bruttosol er energimængde leveret fra solfanger til solvarmelager, mens Nettosol i princippet er den solvarme, der kommer ud af lageret. Dvs. bruttosol fratrukket varmetab fra lager og rørforbindelser mellem lagre m.m. (jf. definitionerne i afsnit 4.3.1). De fundne udtryk er dels benyttet til at estimere, hvad varmebehov og solvarmeydelser ville have været i den del af 1999, hvor der ikke foreligger målinger, og dels hvad varmebehov og solvarmeydelser ville have været i et normalår. Det må forventes, at estimaterne er forbundet med væsentlig usikkerhed, idet de målestationer, der ligger til grund for graddageberegningerne og for solvarmeydelserne i alle tre tilfælde ligger langt fra anlæggene. Endvidere er der generelt stor forskel på det målte solindfald på de tre målestationer. Tabel 4.5: Estimerede forbrug og ydelser for et normalår for anlæg M1. 46

48 Tabel 4.6: Estimerede forbrug og ydelser for et normalår for anlæg M2. Tabel 4.7: Estimerede forbrug og ydelser for et normalår for anlæg M3. 47

49 5 Vurderinger I det følgende vurderes og sammenlignes måleresultaterne for de 3 målte anlæg M1, M2 og M3. Der foretages bl.a. sammenligninger af ydelser, driftstider og virkningsgrader for de 3 målte anlæg, og på baggrund heraf vurderes det, om anlæggene fungerer efter hensigten, eller om de to energikilder i form af hhv. solvarme og biokedel evt. blokerer for hinanden i perioder. 5.1 Rumvarmebehov og varmtvandsforbrug I Tabel 5.1 er rumvarmebehov og brugsvandsbehov for de tre anlæg sammenlignet. Rumvarme M1 (Hadsund) M2 (Helsinge) M3 (Øster Hornum) Rumvarmebehov kwh Opvarmet areal m² Rumvarmebehov pr. m² kwh/m² Varmt brugsvand liter/døgn l/dg Energi sol kwh Energi el kwh Energi BV i alt kwh Cirkulation 4240 Tabel 5.1: Sammenligning af estimerede årsforbrug for et normalår. De målte rumvarmebehov pr. m² opvarmet areal ligger indenfor normale grænser. Tallene afspejler i øvrigt, at huset i anlæg M1 (Hadsund) er nyest og dermed har den bedste isoleringsstandard. For anlæg M3 forekommer en forholdsvis stor del af rumvarmebehovet om sommeren. Det er på grund af målernes placering uvist, hvor stor en del heraf, der er tab i rørsystem hhv. reelt rumvarmebehov. For anlæg M3 ville rumvarmebehovet kun være ca kwh (svarende til 100 kwh/m²), såfremt centralvarmekredsen kunne slukkes i perioden fra 8. maj til 23. september. Det vurderes, at den nyttiggjorte solvarme så også ville være nedsat fra ca til ca kwh, altså en væsentligt mindre ydelse. Varmtvandsforbruget for anlæg M1 og M3 er større end det forbrug, der normalt regnes med for enfamiliehuse. Der regnes normalt med 160 liter pr. døgn (opvarmet fra 10 C til 50 C), svarende til ca kwh/år. I M1 og M3 er varmtvandsforbruget ca % større. Det er derimod overraskende, at forbruget i anlæg M2 (Helsinge) kun er lidt større end standardforbruget, selvom der er flere beboere end i en normalfamilie (idet anlægget forsyner en kollektiv beboelse med 6-10 personer). En årsag hertil kan være, at der ikke er backup på det varme vand udover brændefyr og solvarme. Endvidere er der et meget stort cirkulationsledningstab, som solvarmen ikke har kunnet klare alene. Der kan derfor være tilbøjelighed til, at der om sommeren først fyres op i brændekedlen, efter at det er registreret, at det varme vand ikke har den ønskede temperatur. 48

50 5.2 Varmetab Varmetabene fra de forskellige anlæg fremgår bl.a. af energioversigterne i Figur Figur 4.4, idet forskellen mellem det samlede forbrug (til brugsvand og rumvarme) og de samlede energibidrag (fra hhv. biokedel, solfangerkreds og elpatron) viser, hvor meget energi der går tabt i systemet, f.eks. som varmetab fra beholder. Som det fremgår, er der et meget stort tab fra anlæg M2 i Helsinge. Energibidraget fra solvarmekredsen dækker kun ca. halvdelen af det samlede varmetab (fra såvel solvarmeanlæg som biovarmeanlæg). Forsøg på at udregne varmetabskoefficienterne for beholdere med rørforbindelser giver særdeles varierende resultater i forskellige måleperioder, men på basis af gennemsnitlige tanktemperaturer for hele måleperioden fås følgende værdier for det samlede varmetab (dvs. fra hhv. de to beholdere i Hadsund og Helsinge, hhv. den ene beholder i Øster Hornum): M1, Hadsund: 14,0 W/K M2, Helsinge 59,7 W/K M3, Øster Hornum: 5,6 W/K Ved forhåndsberegninger i forbindelse med enkeltgodkendelserne for M2 (Helsinge) og M3 (Øster Hornum) er der, jf. afsnit 6.1, antaget varmetabskoefficienter på henholdsvis 17,1 og 5,8 W/K. Der er således god overensstemmelse mellem målt og beregnet varmetabskoefficient for anlæg M3 i Øster Hornum, mens varmetabskoefficienten for anlæg M2 i Helsinge ses at være væsentligt større end antaget. Det må forventes, at det hovedsageligt er pga. de mange rørforbindelser. I betragtning af, at der er 2 beholdere i Hadsund (M1), er den målte varmetabskoefficient her rimelig. 5.3 Solvarmedækning Solvarmeydelser og dækningsgrader for de tre anlæg fremgår af Tabel 5.2: M1 (Hadsund) M2 (Helsinge) M3 (Øster Hornum) Solvarme bruttoydelse kwh Solvarme nettoydelse kwh Solfangerareal m² 12,0 12,0 12,6 Nettoydelse pr. m² kwh/m² Solvarme dækningsgrad (hele året) % Solvarme dækningsgrad (juni, juli, aug.) % Tabel 5.2: Beregnede solvarmeydelser og dækningsgrader. Tabel 5.2 viser bl.a., at solvarmeydelsen i anlæg M1 er overraskende lav. Det skyldes formentligt en kombination af, at solfangeren vender mod vest, at der i perioder er skygger, at solfangeren har en lavere effektivitet, samt det nævnte varmetab fra ekspansionsbeholderen (se afsnit 4.1.5). Det ses dog, at solfangeren har haft en høj dækningsgrad om sommeren, hvor brændekedlen ikke har været brugt. 49

51 I anlæg M2 forsvinder en stor del af solvarmebidraget som varmetab eller cirkulationsledningstab, og solvarmedækningsgraden om sommeren har været forholdsvis lav. Anlæg M3 i Øster Hornum er tilsyneladende det anlæg, der har den største solvarmedækningsgrad - både sommer og vinter - men det er uvist, om forbruget og dermed solvarmebidraget om sommeren er reelt Modifikation af anlægget i M2 (Helsinge) så der kun køres på lille tank om sommeren. Som det ses, har det været nødvendigt i M2 (Helsinge) at fyre hele sommeren for at opnå tilstrækkelig varmtvandstemperatur. Der har endvidere været et mindre rumvarmebehov om sommeren, hovedsageligt til gulvvarmeanlæg. Såfremt rumvarmebehovet kan undgås om sommeren, ville det have været en bedre driftsstrategi at afkoble den store lagertank og kun køre på den lille tank om sommeren. Såfremt cirkulationsledningen kunne slukkes helt, ville solvarmen formentlig sagtens kunne klare hele brugsvandsopvarmningen om sommeren. En beregning med programmet Kviksol viser, at med cirkulationsledningstab ville solvarmen kunne levere ca. 86% af energiforbruget i juni, juli og august (hvis kun den lille tank blev benyttet). Der kunne så suppleres med en elpatron, som skulle levere i alt ca. 220 kwh i de tre måneder. Såfremt cirkulationsledningstabet kunne nedbringes, f.eks. ved at slukke for cirkulationen mellem kl. 22 og kl. 6, ville solvarmen kunne levere 92%, og elpatronen skulle levere ca. 100 kwh. 5.4 Antal dage, hvor fyret kan slukkes Den største fordel ved kombinationen af solvarme og biobrændsel er, at man kan slippe for at fyre om sommeren, - under forudsætning af at solvarmen (inkl. evt. elpatron) kan dække hele sommerforbruget. Længden af den periode, hvor biokedlen har været slukket i de tre anlæg, fremgår principielt af Tabel Tabel 4.4. I Tabel 5.3 nedenfor er antallet af dage med slukket biokedel indenfor måleperioden desuden angivet mere præcist: Antal dage, hvor fyret kan slukkes (målt) El-andel af supplerende energi (målt) Hadsund (M1) 152 dage 2,1 % Helsinge (M2) 5 dage 0,0 % Øster Hornum (M3) 136 dage 1,8 % Tabel 5.3: Antal dage om året, hvor fyret kan slukkes og elenergiens andel af samlet supplerende energi. De dage i efterårsferien, hvor biokedlen i Hadsund (M1) ikke har været benyttet pga. bortrejse, er ikke talt med. I Helsinge (M2) har biokedlen været anvendt som supplerende energikilde hele året rundt, hvilket dels skyldes, at anlægget ikke er forsynet med elpatron, og dels at solvarmeanlægget ikke har kunnet klare sommerforbruget som følge af det store cirkulationsledningstab og varmetab fra installationen. I foregående afsnit er det foreslået at modificere anlægget, således at solvarmen alene (eller med lidt supplerende el) kan klare sommerforbruget. 50

52 5.5 Temperaturer i anlæggene Et solvarmeanlægs ydelse er bl.a. afhængig af temperaturniveauet i solfangeren. Jo højere temperaturniveau, desto større varmetab. Når man kombinerer et solvarmeanlæg og en biokedel, skal man være særlig opmærksom på at udforme systemet, så indløbstemperaturen til solfangeren er så lav som muligt. Derved opnås de bedste driftsbetingelser for solvarmeanlægget. Det er i denne forbindelse af afgørende betydning, at anlægget udformes, så biokedlen kan holdes slukket så længe som muligt om sommeren, idet drift af biokedlen om sommeren kan medføre, at biovarmen tager lagervolumen fra solvarmen, hvorved indløbstemperaturen til solfangerne kan forøges, og driftsbetingelserne for solvarmeanlægget dermed forringes Indløbstemperatur til solfanger Figur 5.1 viser hyppighedsfordelingen af indløbstemperatur til solfanger for hvert af de tre anlæg. Som det fremgår, ligger indløbstemperaturen for anlægget i Hadsund (M1) primært mellem C, og den kommer ikke over 60 C. For anlægget i Øster Hornum (M3) varierer indløbstemperaturen meget, men den ligger generelt højere end i Hadsund (M1). I 20% af den tid, hvor solfangerkredsen kører i Øster Hornum (M3), er indløbstemperaturen mellem C. I Helsinge (M2) er indløbstemperaturen generelt endnu højere. I over 25% af den tid, hvor solfangerkredsen kører, er indløbstemperaturen oppe på mellem C. Indløbstemperatur til solfanger 30 hyppighed [%] Øster H. Hadsund Helsinge t i [ C] >70 Figur 5.1: Hyppighedsfordeling af indløbstemperatur til solfangere. M1 (Hadsund) Selvom indløbstemperaturen til solfangerne generelt er lavest i Hadsund, viser en nærmere analyse af måleresultaterne, at det kan blive endnu bedre. I fyringssæsonen er indløbstemperaturen til solfangeren i høj grad bestemt af returtemperaturen fra rumvarmesystemet. Som Figur 5.2 viser, varierer returtemperaturen meget og hurtigt - somme tider fra C i løbet af ganske kort tid. Det har vist sig, at lagertankene ofte tappes helt for energi (til ca. 30 C), inden der fyres op i brændekedlen igen. Det betyder, at husets varmebehov i en given periode, inden en ny indfyring, ikke tilfredsstilles. Det resulterer i, at radiatorventilerne åbnes helt op, og flowet i rumvarmekredsen kommer op på ca. 9 liter/min. Når der så fyres op i brændekedlen, og fremløbstemperaturen derved hurtigt stiger fra ca. 30 C til C, kan radiatorventilerne ikke nå at lukke lige så hurtigt i igen, og returtemperaturen stiger derfor til ca C (fordi vandet ikke når at blive afkølet). Fænomenet er yderligere illustreret i Figur 5.3 (omkring time 18). 51

53 Hadsund rumvarme uge [ C] [L/min] M2_TH C M2_TL C M2_Flow L/min [dage] Figur 5.2: Typiske forløb af flow, frem- og returløbstemperatur i rumvarmekreds. M1 (Hadsund) Temperatur [ C] Hadsund rumvarme tir + ons i uge T_rumvarme_frem T_rumvarme_retur T_lager_top Flow_rumvarme Flow_kedel Flow [L/min] [timer] 0 Figur 5.3: Sammenhæng mellem returtemperatur, lagertemperatur og flow i kedelkreds. M1 (Hadsund). I Helsinge (M2) og Øster Hornum (M3) stiger returløbstemperaturen selvfølgelig også med fremløbstemperaturen, når radiatorventilerne står åbne, men i M2 og M3 har det ikke på samme måde sammenhæng med, hvornår der fyres i brændekedlen. M2 (Helsinge) I Helsinge overføres solvarmen, som det fremgår af Figur 3.10, til bunden af den lille lagertank via en intern veksler. Indløbstemperaturen til solfangerne er derfor primært bestemt af temperaturen i bunden af den lille tank. Som det fremgår af Figur 5.4, bliver væsken i solfangerkredsen sommetider kun afkølet fra 55 C til 45 C, mens temperaturen i bunden af tanken er C. Om sommeren er afkølingen relativt set en anelse større, men man burde nok overveje at anvende en større veksler. 52

54 Helsinge solvarme uge Temperatur [ C] tid [dage] flow [l/min] T_sol_retur T_sol_frem T_lager_4 T_lager_5 Flow_solkreds Figur 5.4: Indløbstemperatur til solfanger og temperatur i bunden af lille lagertank. Helsinge (M2). En anden årsag til de høje indløbstemperaturer for anlæg M2 i Helsinge kan være, at dette anlæg ikke er forsynet med elpatron. Det kan således være svært at afgrænse det suppleringsopvarmede volumen. Den anvendte Arimax biobrændselskedel har dog indbygget oliefyr, så der er mulighed for at fyre med olie fremfor biobrændsel i kedlen. Brugsvandscirkulationens tilslutning til akkumuleringstankene ødelægger mulighederne for at udnytte det kolde brugsvand Radiatorkreds Funktionen af radiatorkredsen m.h.t. flow og temperaturer har, som omtalt i afsnit 5.5.1, stor indflydelse på anlæggets funktion, herunder ydelsen af solvarmeanlægget. I det følgende diskuteres, hvorledes betingelserne har været ved de tre anlæg. M1 (Hadsund) Det ses af Figur 5.2, at returtemperaturen fra rumvarmekredsen varierer meget (mellem C) og ofte er høj. En analyse af måledataene viser desuden, at de høje returtemperaturer forekommer i forbindelse med, at der fyres op i brændekedlen. Målingerne viser også, at flowet i radiatorerne er stort ved opstart af kedlen, hvilket må skyldes, at huset ofte ved opstart af brændekedlen har lavere rumtemperatur end indstillet på radiatortermostaterne (som derfor står helt åbne indtil den ønskede rumtemperatur er nået, men desværre er der ikke foretaget målinger af rumtemperaturen). Problemet med de heraf følgende høje returtemperaturer ville kunne løses ved at indføre termostatiske returløbsventiler. Det skal bemærkes, at der ikke er shunt på radiatorkredsen i Hadsund. Om sommeren har flowet i rumvarmekredsen været nul, svarende til at der ikke har været rumvarmebehov (bortset fra uge 26-28, hvor familien er bortrejst og rumvarmekredsen virker som overkogningssikring). 53

55 M2 (Helsinge) I Helsinge er der shunt i både radiatorkreds og gulvvarmekreds. Underafkølingen forekommer somme tider, men den har ikke på samme måde sammenhæng med kedelfyringer pga. shunten i radiatorkredsen. Ifølge anlægsejeren skulle der være anvendt natsænkning, men det ser ud som om, at der er varieret på strategien for radiatorsystemet i løbet af måleperioden. Der er ikke noget fast mønster, kun periodevise tendenser. De følgende kommentarer er delvist illustreret i Figur 5.5 og Figur 5.6. I starten af måleperioden (uge 12-18) ser det ud som om, at der køres med natsænkning og nærmest on/off styring af radiatorkredsen. Flowet i radiatorkredsen er nul om natten og konstant højt om dagen (20-25 liter/min). Somme tider reduceres/stoppes flowet i løbet af dagen. Det er ikke altid, at der afsættes effekt (sommetider er frem- og returløbstemperatur ens). Fremløbstemperaturen varierer generelt meget, men når flowet er højt (20-25 liter/min), og der afsættes effekt (T frem > T retur ) er fremløbstemperaturen som regel C, og returtemperaturen er som regel omkring 40 C. Der er ikke nogen entydig sammenhæng; returløbstemperaturen reduceres ikke altid, når flowet reduceres. Se Figur 5.5. Fra uge er rumvarmebehovet lavt; flowet er i reglen mindre end 3 liter/min, og fremløbstemperaturen er nede på ca. 50 C, mens returtemperaturen er nede på ca C. Der er generelt måleudfald fra midten af uge 36 til slutningen af uge 41. Ved den nye fyringssæsons start (fra uge 42) ser det ud som om, at den generelle strategi for radiatorsystemet er blevet ændret (i forhold til i uge 12-18). Det maksimale flow er lavere (10-18 liter/min), og der er altid flow i radiatorkredsen (aldrig nul ingen natsænkning), og der afsættes altid effekt (T frem > T retur ). Det ser generelt ud som om, at den anvendte strategi afhænger af, hvorvidt der fyres med brænde eller olie. Når der fyres med olie, er fremløbstemperaturen mere konstant (f.eks C), og der varieres i stedet for på flowet (store og hurtige fluktuationer ligesom i kedelkredsen). Når der fyres med brænde er det derimod fremløbstemperaturen, der varierer. Se Figur 5.7. Helsinge rumvarme uge [ C] [dage] M5_TH C M5_TL C M6_TH C M6_TL C M5_Flow L/min M6_Flow L/min Figur 5.5: Flow og temperaturer i rumvarmekredsen i uge 14, anlæg M2 i Helsinge. 54

56 Helsinge rumvarme uge [ C] [dage] M5_TH C M5_TL C M6_TH C M6_TL C M5_Flow L/min M6_Flow L/min [ C] Helsinge rumvarme uge M5_TH 2 C M5_TL C 1 M6_TH C [dage] M6_TL 0C M5_Flow L/min M6_Flow L/min Helsinge rumvarme uge [ C] [dage] M5_TH C M5_TL C M6_TH C M6_TL C M5_Flow L/min M6_Flow L/min Figur 5.6: Flow og temperaturer i rumvarmekredsen i uge , anlæg M2 i Helsinge. Om sommeren forekommer ofte små konstante flow i såvel rumvarme- som gulvvarmekreds. I radiatorkredsen kan det måske skyldes, at beboerne har glemt at lukke for et par af radiatortermostaterne. I gulvvarmekredsen formodes det, at det ofte konstante flow på 0,2-0,3 liter/min er udtryk for et reelt varmebehov, idet der, uanset hvor godt et gulv isoleres nedadtil, altid vil være et lille varmetab til den kolde jord inde under huset. 55

57 Helsinge brændekedel uge [L/min] [ C] M1_TH M1_TL M1_flow [dage] Helsinge brændekedel uge [L/min] [ C] M1_TH M1_TL M1_flow [dage] Helsinge brændekedel uge [L/min] 40 [ C] M1_TH 0M1_TL M1_flow [dage] Figur 5.7: Flow og temperaturer i kedelkredsen i anlæg M2 i Helsinge. 56

58 M3 (Øster Hornum) Der er ingen shunt i rumvarmekredsen. Der skelnes mellem hhv. indenfor og udenfor fyringssæson. Indenfor fyringssæsonen forvarmes centralvarmevandet af solvarmesystemet, inden det sendes gennem kedelkredsen. Om sommeren lukkes kedelkredsen helt, og eneste suppleringsenergikilde er en elpatron i den lille varmtvandsbeholder i stuehuset. Indenfor fyringssæsonen er flowet ens i rumvarmekreds og kedelkreds (ca. 5-7 liter/min). Vha. en termostat er kedelkredsen sat til at holde en fremløbstemperatur på ca. 65 C. (Der er selvfølgelig mulighed for by-pass af kedlen). Der ser ud til at være et rimeligt konstant flow i kedelkredsen. Der er således også konstant flow i rumvarmekredsen. Det er dog ikke altid, der afsættes varme i flere perioder hver dag er fremløbstemperaturen lavere end returløbstemperaturen, men der er stadig flow i kredsen (5-7 liter/min). Fra uge 8-16 varierer flowet i stedet fra 2-7 liter/min. Bemærk, at når kedlen er slukket er fremløbstemperaturen i rumvarmekredsen altid højere end returløbstemperaturen (som f.eks. i uge 17, 18 eller 20 og 21). Flowet i rumvarmekredsen i varierer generelt meget, og bærer præg af forskellige strategier. Det vides ikke, hvorfor flowet aldrig er 0 (om sommeren), men der er næppe tale om et reelt rumvarmebehov Radiatortemperaturens indflydelse på solfangerydelsen Middelreturtemperaturer fra radiatorerne for de 3 anlæg har været: Hadsund (M1) Helsinge (M2) radiatorer gulvvarme Øster Hornum (M3) sommer 27,6 29,7 27,3 32,5 vinter 33,3 37,3 25,3 42,7 Tabel 5.4: Gennemsnitlige returtemperaturer i C. Som beskrevet ovenfor har returtemperaturerne ved alle tre anlæg været højere end de formentligt kunne være, såfremt der blev taget hånd om dette. I ref /5/ vurderes det, at med veldesignede anlæg vil returtemperaturen kunne betyde mere end 20% større ydelse for hver 10 C sænkning af returtemperaturen fra radiatorer i fyringssæsonen. Hvis man ser på, hvor stort et solfangerareal, der skal til, for at opnå en given dækningsgrad, er returtemperaturens betydning endnu mere markant, idet en forøget returtemperatur på 10 C kan betyde, at solfangerarealet må forøges med 40-50% for at opnå den samme dækningsgrad. 57

59 5.6 Kedler, opfyringsmønster, effektiviteter m.m Driftsbetingelser - gennemsnitlige kedelydelser I Figur Figur 5.10 er de målte kedelydelser hen over året afbildet for hvert af de tre anlæg. På den venstre akse er kedelydelsen angivet i absolutte tal, og på den højre er kedelydelsen angivet i procent af nominel ydelse for den pågældende kedel. Øster Hornum, Gennemsnitlig kedelydelse hen over året periode: jan jan 2000 afgivet effekt fra kedel [W] feb mart april maj juni juli august sep okt nov dec jan tid [uger] andel af nominel ydelse [%] Figur 5.8: Gennemsnitlig kedelydelse (timeværdier) hen over året for anlæg M3 i Øster Hornum. Helsinge, Gennemsnitlig kedelydelse hen over året periode: mar jan feb marts april maj juni juli august sep okt nov dec jan afgivet effekt fra kedel [W] andel af nominel ydelse [%] 0 tid [uger] 0 Figur 5.9: Gennemsnitlig kedelydelse (timeværdier) hen over året for anlæg M2 i Helsinge. 58

60 Hadsund, Gennemsnitlig kedelydelse hen over året periode: mar jan 2000 afgivet effekt fra kedel [W] feb marts april maj juni juli august sep okt nov dec jan tid [uger] andel af nominel ydelse [%] Figur 5.10: Gennemsnitlig kedelydelse (timeværdier) hen over året for anlæg M1 i Hadsund Gennemsnitlig kedelvirkningsgrad for anlæg M3 i Øster Hornum Figur 5.11 viser den beregnede kedelvirkningsgrad hen over året for anlægget i Øster Hornum. Pga. den anvendte målemetode ligger niveauet for kedelvirkningsgraden ikke helt fast. Det er muligt, at punkterne skal rykkes lidt nedad. Kurvens variation ligger derimod fast, og den viser, at der er to tydelige toppe hhv. midt i marts og i slutningen af november, hvor virkningsgraden stiger markant for derefter at aftage igen i løbet af en måneds tid. Der kan desuden spores en svag tendens til, at virkningsgraden er lavere forår og efterår end i vintermånederne. Ifølge ejeren bliver kedlen renset jævnligt, men pga. den omhyggelige kedelisolering, er det besværligt også at rense røgrøret. Det er kun blevet renset to gange i løbet af måleperioden, og det passer lige præcis med de to toppe hhv. d. 12/3 og d. 19/11. Gennemsnitlig kedelvirkningsgrad (midlet over 8 timer) periode: jan jan marts feb april maj juni juli august sep okt nov dec jan 80 virkningsgrad [%] tid [uger] Figur 5.11: Beregnet kedelvirkningsgrad hen over året for anlæg M3 i Øster Hornum. 59

61 For konkrete målinger af virkningsgrader og emissionsforhold for biobrændselskedlerne i de 3 anlæg (en enkelt forårsdag), se afsnit 4.2, hvor måleresultaterne er sammenlignet med de respektive prøvningsresultater ved typegodkendelserne Opfyringsmønster M1 (Hadsund) Vinter: Der fyres som regel 1 gang om dagen med start om aftenen omkring kl En fyring varer som regel 6-12 timer, men en gang imellem holdes fyringen ved lige, så den strækker sig over timer (f.eks. d. 29/1-1999). Forår/efterår springes der af og til en dag over samtidig med, at der anvendes mindre indfyringer (fyringen holdes ikke ved lige så længe). Starttidspunktet om aftenen er ca. det samme. Om sommeren anvendes biobrændselskedlen ikke. M2 (Helsinge) Det skønnes, at ca. 20% af fyringsdagene anvendes oliefyret fremfor brændekedlen. I Helsinge fyres der generelt på stort set alle tidspunkter af døgnet og af meget forskellig varighed. Om vinteren er der en svag tendens til, at der startes med at fyre tidligt om morgenen (med start kl. 4-8), og somme tider fyres der så igen om eftermiddagen eller fyringen holdes ved lige i løbet af dagen (eksempelvis fra kl. 4-22). Somme tider er fyringerne meget korte (2-3 timer). Forår/efterår og sommer er der en tendens til at fyringerne er kortere, men der fyres i det store hele hver eneste dag. Se endvidere Figur

62 6 Sammenligning med beregnede ydelser og forbrug 6.1 Enkeltgodkendelser Uanset om anlæggene på solvarmesiden bliver godkendt som enkeltgodkendte anlæg eller typegodkendte anlæg, foretages der i forbindelse med godkendelsen en beregning af anlæggets årlige solvarmeydelse til brug for bestemmelse af størrelsen af det økonomiske tilskud til opførelse af anlægget (hvis det opføres udenfor et fjernvarmeområde). Disse årlige ydelser er beregnet på baggrund af standardforudsætninger om brugsvandsforbrug, forbrugsmønstre og rumvarmebehov. Når det tages i betragtning, at et solvarmeanlægs ydelse i høj grad afhænger af disse forudsætninger, har det derfor været interessant at sammenligne de forudsatte forbrug, forbrugsmønstre og beregnede årlige ydelser med de reelle, målte forbrug og ydelser. For anlæggene i Helsinge (M2) og Øster Hornum (M3) er der givet enkeltgodkendelse for solvarmeanlæggene, således at disse anlægs ydelse er udregnet ud fra de foreliggende oplysninger samt standardforudsætninger vedrørende forbrug m.v. Da der benyttes standardforbrug, kan det ikke forventes, at de beregnede ydelser svarer til de virkelige, men det har alligevel være interessant at se, hvordan målte forbrug og ydelser ligger i forhold til forbrug og ydelser i godkendelserne. I Tabel 6.1 er målte forbrug og solvarmeydelser for anlæg M2 (Helsinge) og M3 (Øster Hornum) sammenlignet med beregnede ydelser i forbindelse med enkeltgodkendelserne. Rumvarmebehov Brugsvandsbehov Cirkulationsledningstab Forbrug i alt Sol brutto Sol netto Målt M2, Helsinge M3, ØH Estimat for normalår M2, Helsinge M3, ØH Enkeltgodkendelse M2, Helsinge M3, ØH Tabel 6.1: Målte forbrug og solvarmeydelser sammenlignet med beregnede ydelser ved enkeltgodkendelser. Det ses, at for både Helsinge og Øster Hornum har det målte rumvarmeforbrug været væsentligt større end forudsat (ved standardforudsætningerne benyttes et rumvarmeforbrug på 100 kwh/m² boligareal). Som følge heraf, og fordi rumvarmeforbruget ved standardforudsætningerne sættes til nul i sommerperioden (9. maj - 23 september), er de beregnede solvarmeydelser lavere end de målte. For Helsinges vedkommende dog ikke meget lavere, hvilket må skyldes, at solfangerkredsen har kørt ved uhensigtsmæssigt høje temperaturer. 6.2 Sammenligning med optimale anlæg Ydelse for optimalt solvarmeanlæg Solvarmereferenceanlæg For at vurdere hvorledes solvarmeydelserne har været i sammenligning med, hvad man ellers kunne forvente for et solvarmeanlæg til kombineret rum- og brugsvandsopvarmning, sådan som dette f.eks. 61

63 er angivet i ref. /5/, er der med samme beregningsmodel som benyttet i ref. /5/ foretaget beregninger for de tre anlæg. Ved beregningerne er der benyttet varmeforbrug, som svarer nogenlunde til varmebehovene for de målte anlæg i et normalår. Endvidere er der benyttet data for den aktuelle solfanger (solfangereffektivitet, hældning og orientering). Derimod er resten af systemet uden sammenhæng med de aktuelle systemer, da beregningerne udføres med det formål, at kunne relatere de målte ydelser til et referencesystem dog med den aktuelle solfanger. Det benyttede referencesystem er et system med to beholdere (varmtvandsbeholder og solvarmelager). Den samlede lagerkapacitet er på 600 liter, og der regnes ikke med, at der lagres varme fra kedlen i lageret. Referencesystemet svarer til system S4 i ref. /5/. Beregningsresultaterne fremgår af Tabel 6.2, hvor de er sammenlignet med målingerne relateret til et normalår (i det følgende omtalt som målte værdier). Forbrug i alt [kwh] Sol brutto [kwh] Sol netto [kwh] Sol netto [kwh/m²] Varmetab pga. solvarme [kwh] Målinger (normalår) M1, Hadsund M2, Helsinge M3, ØH Optimalt referencesystem M1,Hadsund M2, Helsinge M3, ØH Tabel 6.2: Målte forbrug og solvarmeydelser (for normal) sammenlignet med beregnede ydelser for optimalt referencesystem Vurderinger i forhold til referenceberegninger Til beregningerne kan knyttes følgende kommentarer: M1, Hadsund Den beregnede bruttosol er væsentligt større end den målte. Det fremgår således af målingerne, at solfangeren næsten ikke har kørt i vinter, samt tildels forårs- og efterårsperioden, medens niveauet er nogenlunde ens om sommeren. Dette skyldes formentligt, at solfangeren er orienteret, så der i perioder er skygger på den. En årsag kunne også være, at solfangeren har svært ved at levere varme til tanken, når denne benyttes til varme fra kedlen. Dette har dog næppe i særlig grad været tilfældet i Hadsund. Desuden har der i en stor del af måleperioden været en fejl i systemet, således at en del af varmen i solfangerkredsen er forsvundet som varmetab i ekspansionsbeholderen (som omtalt i afsnit 4.1.5). Endelig er målingerne i forårsperioden forbundet med usikkerhed, idet der er korrigeret med en faktor 10 (se afsnit 4.1.1). Derimod er målt og beregnet nettosol omtrent ens på årsbasis. Det beregnede og målte niveau er nogenlunde ens i sommermånederne, hvor der ikke er skygge på solfangeren. Imidlertid er den målte 62

64 ydelse mindre om foråret og efteråret, medens den beregnede nettoydelse om vinteren er lille eller negativ. Sidstnævnte forhold skyldes, at for beregningerne fratrækkes hele varmetabet bruttoydelsen, medens for målingerne fratrækkes varmetabet om vinteren hovedsageligt kedelydelsen. Der kan overordnet konkluderes følgende for anlægget i Hadsund: Solfangeren har kun ydet lidt, hovedsageligt som følge af orienteringen samt skygger om vinteren Anlægget har i øvrigt virket efter hensigten, og yder om sommeren som referenceanlægget Varmetabet fra beholderne har været lille som følge af omhyggelig isolering M2, Helsinge De målte og beregnede ydelser er nogenlunde ens med hensyn til årssum. Imidlertid er de målte ydelser væsentligt højere om sommeren, medens de er mindre om vinteren. Grunden til, at er der er beregnet mindre ydelse om sommeren, er formentlig, at systemet har kørt således, at det altid har kunnet aftage varmen, mens der i beregningerne kun aftages varme efter behov. Som tidligere omtalt har varmetabet været meget stort. Dette ses imidlertid ikke af Tabel 6.2, idet kedlen har kørt i hele perioden. En stor del af varmetabet er således hele året blevet henregnet til kedelydelsen. Der kan overordnet konkluderes følgende for anlægget i Helsinge: Solfangeren har om vinteren haft dårlige driftsvilkår i form af høje tanktemperaturer Om sommeren har anlægget kørt, så al varmen er blevet aftaget Varmetabet fra lagrene er stort, men er hovedsageligt henregnet til kedlen, da denne har kørt hele tiden M3, Øster Hornum De målte brutto- og nettoydelser er en hel del højere end de beregnede referenceydelser, på trods af, at de beregnede ydelser er størst om vinteren. Grunden til, at den beregnede ydelse er størst om vinteren, er formentligt, at temperaturniveauet ved det beregnede anlæg er lavere end ved det målte, idet rumvarmesystemet i en stor del af perioden har givet for høje returtemperaturer (jf. afsnit M3). At de målte ydelser har været væsentligt større end de beregnede om sommeren, kan være vanskeligt at forstå. Ved at betragte målingerne kan dog ses, at den solvarme, der tilføres lageret hele tiden videreføres, idet der hele tiden er flow i rumvarmekredsen uanset behovet. Overordnet kan konkluderes for anlægget i Øster Hornum: Anlægget har i en del af måleperioden kørt ved for høje driftstemperaturer Anlægget har en høj ydelse om sommeren, fordi al tilført solvarme videreføres Anlægget har fungeret tilfredsstillende 63

65 7 Installationsvejledning På baggrund af erfaringer fra de udførte anlægsinspektioner og -målinger er der udarbejdet følgende vejledende retningslinier for, hvordan et kombineret solvarme- og biobrændselsanlæg udformes mest hensigtsmæssigt: 7.1 Varmetab Installationen bør have få rørforbindelser og være godt og ensartet isoleret. Hvis anlægget er udført med to lagertanke, bør den ene af tankene kunne kobles fra om sommeren. Det er generelt vigtigt at undgå varmetab specielt fra cirkulationsledningen, som kræver høje temperaturer. Det kan stærkt anbefales enten at undgå brugsvandscirkulation eller at slukke for cirkulationspumpen i perioder uden varmtvandsforbrug. Alternativt skal anlægget dimensioneres præcist til det aktuelle forbrug, der således skal kendes meget præcist eller evt. måles. 7.2 Temperaturniveauer Lave fremløbstemperaturer til solfangerne kan sikres ved at: Sikre lave returtemperaturer fra centralvarmekredsen (radiator-/gulvvarmesystem) Udnytte det kolde brugsvand Opretholde en god temperaturlagdeling i lagertanken(e) Sikre overskydende volumen med lave temperaturer i lagertanken (til solvarme) under lagring af biovarme i lagertanken Ovenstående kan bl.a. opnås ved at: Have returløbstermostater i centralvarmekredsen Designe indløbsstudse og flow, så der ikke sker opblanding i lagertanken(e) Anvende lagertank(e) med stratefiers, så flow med høj temperatur effektivt ledes til toppen af tanken(e). Alternativt kan der anvendes eksterne termostatiske ventiler. 7.3 Biobrændselsanlæg Manuelt fyrede kedler skal som hovedregel altid kun køre ved fuld last (nominel ydelse), idet de kun har en acceptabel forbrænding ved fuld last. (Det gælder dog ikke nødvendigvis for kedler med iltstyring, idet visse af dem kan brænde acceptabelt ned til ca. 50% ydelse). De fleste automatisk fyrede kedler kan brænde acceptabelt ned til en ydelse på ca. 30%. Som hovedregel er det derfor meget vigtigt, at sådanne kedler ikke overdimensioneres, dvs. at nominel ydelse ikke overskrider husets maksimale varmebehov om vinteren. Ellers kommer kedlen til at køre ved meget lav belastning om sommeren (5-10%), hvilket medfører dårlig effektivitet og forøgede emissioner. Det er således en særdeles god ide at designe solvarmeanlægget, så det kan dække varmeforbruget i sommermånederne (evt. suppleret med en anden form for backup energikilde). 64

66 Det er desuden vigtigt at rengøre såvel brændkammer som røgrør jævnligt, da det har stor betydning for kedlens effektivitet og emissionsniveau. 7.4 Generelt For at undgå komplicerede og dårligt fungerende anlæg er det vigtigt at: Designe og udføre anlægget så simpelt som muligt Anvende velgennemtænkte helhedsløsninger 65

67 8 Konklusion Besigtigelsen af 12 udvalgte anlæg, der kombinerer solvarme og biobrændselskedler, har afsløret både veldesignede og velfungerende anlæg såvel som uhensigtsmæssige anlægsudforminger med dårligt fungerende anlæg til følge. Der er flere eksempler på anlæg, hvor de enkelte anlægskomponenter i form af solfangere, lagertank og kedel m.v. ikke er afpasset i forhold til hinanden og/eller i forhold til det aktuelle forbrug. Desuden er det fundet, at isoleringsstandarden i hovedparten af de 12 besigtigede anlæg var utilstrækkelig eller af tilfældig karakter. Grundige målinger på tre af de 12 besigtigede anlæg over en måleperiode på næsten et år har for det første vist, at der er tale om tre vidt forskellige anlæg. Der er bl.a. betydelige forskelle vedrørende isoleringsstandard, forbrug, forbrugsmønstre, temperaturforhold, solvarmeydelser, antal dage om året, hvor biokedlen kan holdes slukket samt opfyringsmønsteret ved anvendelse af biokedlen. Et af de målte anlæg er et meget kompliceret anlæg, der er blevet opbygget, udbygget og justeret hen ad vejen. Det har resulteret i et svært gennemskueligt system med uforholdsmæssigt mange rørforbindelser og tilslutninger. De mange rørtilslutninger, kombineret med utilstrækkelig isolering, forventes at være en af hovedårsagerne til, at anlægget har en markant lave netto solvarmeydelse (selvom anlægget har en god brutto solvarmeydelse). Uhensigtsmæssig udformning og håndtering af brugsvandscirkulationen er en medvirkende årsag. Det har bl.a. vist sig, at varmetabet ved cirkulation af det varme brugsvand er større end selve brugsvandsforbruget (ca. 50%). Det vurderes, at der, udenfor de fjernvarmeforsynede områder, eksisterer en lang række anlæg, der på tilsvarende måde er blevet til hen ad vejen uden den store sans for anlæggets overordnede funktion og betjeningsvenlighed. Et andet af de målte anlæg, der er mere enkel i sin opbygning, er samtidig særdeles velisoleret. Dette anlæg har trods anvendelse af to parallelforbundne lagertanke (fremfor én stor) et meget begrænset varmetab. En kombination af en uhensigtsmæssig orientering af solfangerne (mod vest) samt problemer med varmetab i den primære solkreds (ekspansionsbeholderen) har imidlertid bevirket en lav brutto solvarmeydelse. Det vurderes, at ved at rette op på de nævnte fejl ved anlægget, kan anlægget let bringes til at yde betydeligt mere. Det sidste af de grundigt målte anlæg har et automatisk stokerfyr, hvor de andre har en manuelt fyret kedel til brændestykker. Dette anlæg er tilsyneladende det anlæg, der har den bedste solvarmeydelse både sommer og vinter, men det er uvist, om forbruget og dermed solvarmebidraget om sommeren er reelt. Solvarmeanlægget er imidlertid enkelt og dimensioneret netop med henblik på at kunne klare hele sommerforbruget på det eksisterende centralvarmesystem, uanset om forbruget er varmetab i rørene eller et reelt rumvarmebehov. I modsætning til de andre anlæg, har der dog ikke været tale om at benytte lageret til lagring af bioenergi, da anlægget kører sammen med en stoker. Dette har givet solvarmeanlægget enklere driftsbetingelser. På biovarmesiden er anlægget imidlertid ikke særligt hensigtsmæssigt udformet. Den anvendte kedel har en overkapacitet på ca. 200% i forhold til det aktuelle behov på ca. 15 kw. Det bevirker, at det pågældende stokerfyr overvejende kører ved en belastning på ca % af nominel ydelse. Dette må forventes at bevirke en væsentlig reduktion i kedlens virkningsgrad, samtidig med en forøgelse af diverse emissioner, idet forbrændingen i automatisk fyrede kedler forringes væsentligt ved belastninger under 30%. Det har for alle tre anlæg vist sig, at returtemperaturerne fra radiatorerne har været høje eller meget varierende, hvilket har forhøjet temperaturniveauet i solvarmeanlægget og dermed formindsket solfangernes ydelse. Et iagttaget fænomen har været, at manglende fyring i perioder har afkølet huset, hvorefter radiatorventiler ved den efterfølgende fyring har stået vidt åbne med deraf følgende højt flow og høje returtemperaturer, samt mulighed for nedbrydning af temperaturstratificering i lageret. Det er 66

68 vigtigt, at der tages hånd om dette forhold ved installation af fremtidige anlæg. Det vurderes, at der er et generelt behov for at udvikle nye, enkle men velfungerende systemer, der enten er, eller nemt kan afpasses til de aktuelle behov og driftsbetingelser. Som en del af projektet er der netop udviklet et sådant nyt system med kun en fælles lagertank - baseret på indhentede erfaringer undervejs i projektet. Der foreligger endnu kun begrænsede måleresultater for dette nye anlæg. 67

69 9 Summary Within recent years different system designs combining Solar and Biomass heating have been seen in Denmark. The use of common storage tank(s) should make it possible to reduce both investment costs and number of days the biomass boiler is used each year. The latter because the systems are designed to supply both space heating and domestic hot water demands. However, it requires that the system is designed and controlled properly, so that the two energy sources are not in each other s way. This project, funded by The Danish Energy Agency, has been carried out to investigate and monitor different types of small Solar & Biomass systems for single-family houses in Denmark. Prior to this project there have been no documented experiences with the Danish small-scale system designs combining solar heating and biomass-fired boilers. A total of 12 systems have been inspected and monitoring have been carried out on 3 of the systems. The three systems, M1, M2, and M3 have been monitored from January or March 1999 until January 2000 incl. The monitoring have been carried out by the Test Station for Solar Heating Systems at Danish Technological Institute. Danish System designs - inspected systems The 12 inspected systems have been selected so they represent both technically well-designed systems, systems with components that have a great market share, as well as ill-considered system designs. The systems also represent different sizes and types of small Solar & Biomass systems, with different types of storage designs, different ways of preparing domestic hot water (DHW), different types of auxiliary energy sources, and different types of biomass boilers. Some of the problems that occurred at the inspected systems were: Oversized biomass boilers compared to heat demand Undersized storage volumes compared to boilers Safety problems with regards to boiler installation Over- or undersized collector areas Insufficient insulation The problems with oversized biomass boilers presumably arise from the fact that most biomass boilers on the Danish market, except for a few of the newest models, are oversized compared to the heat demand of typical Danish single-family houses. Also, there were several examples of stop-gab solutions, cobbling together old and new components without paying sufficient attention to the overall solution. In some cases a new biomass boiler had been added to an existing solar heating system, (possibly together with an extra storage tank). In other cases a new solar heating system had been added to an old biomass boiler. Typically, such old biomass boilers didn t work well and were oversized or the storage volumes were too small to contain the surplus energy from one charge (with full magazine). Examples of bad installation practice were an old boiler with lateral burn-up and an illegal installation causing safety problems. There were a few examples of over- and undersized collectors, causing either overheating problems or not allowing the biomass boiler to be switched of during summer periods. In general, many systems were insufficiently or haphazardly insulated, and together with many piping connections this must have caused great heat losses. Results from monitoring The energy demand has been highest for system M2, which provides a multifamily house. However, the energy demand for circulation of DHW constitutes 57 % of the total energy demand for DHW. 68

70 The heat losses of system M1 have been very small, whereas the heat losses of system M2 have been very high. The energy contribution from the solar heating loop of system M2 only makes up for half of the total heat loss. The solar performance of system M1 has been poor. This is partly due to the fact that the collectors are facing west and partly because of problems with the open expansion tank causing severe heat losses. However, as the heat losses from the system are also poor, the output from the solar heating loop actually covers a small part of the energy demand. For system M3 the output from the solar heating loop have covered both heat losses as well as a considerable amount of the energy demand. Experience gained from monitored systems One operation condition that has a great influence on the behavior of the solar heating part of the system is the temperature level. Some of the parameters that might influence the forward temperature in the collector loop are storage design (level of stratification), control strategy and in particular design and operation of the space heating loop. For system M1 the forward temperature of the solar heating loop (secondary site) is centered about C, not exceeding 60 C. System M3 has a generally higher collector inlet temperature, though varying a lot. About 20% of the collector loop running time the forward temperature is between 50 C and 55 C. In system M2 the general forward temperature is even higher. More than 25% of the collector loop running time the inlet temperature is between 60 C and 65 C. The high level of inlet temperatures in system M2 is found mainly to be due to the way of connecting the circulation piping for the DHW to the storage tank. In the monitored systems the influence of the cold DHW temperature on the collector inlet temperature was not very high. More sophisticated design could improve this. Guidelines for good system design As a part of the project the following guidelines for good system design have been prepared: Installation design must be with as few tube connections and as good insulation as possible. Furthermore when using two storage tanks it should be possible to disconnect the one in the summer period. It is important to avoid heat losses - especially in the circulating piping, which demands high temperatures. If possible the circulation should be turned off or the system should be carefully dimensioned to the actual demand, which then in many cases has to be specially monitored or estimated. Low inlet temperatures for the solar collector could be achieved by insuring: Low return temperatures from heating system (radiators) Utilisation of the cold water temperature (DHW) Good thermal stratification in storage tanks Excess storage volume with low temperatures when the boiler loads the storage tank Suggestions could be: To design inlet tubes and flows to avoid mixing in the storage tank To have efficient stratifiers in the tanks so that high return temperatures will rise to the top of the tank 69

71 To have automatic valves directing the high temperature flows into the top of the tank To have limited allowed flow, which however would delay the procedure of bringing the house temperature back to normal Concerning the biomass boilers: Manually fired boilers should always be used at full load (except from boilers with oxygen control), because they only have an acceptable combustion at full load. For automatic boilers it is of great importance that the boiler nominal output (at full load) does not exceed the maximum output demand in winter (unless there is another back-up energy source for the summer period). Otherwise they will typically be running at very low load (<5-10%) during summer periods. Such an operating method reduces the efficiency and increases the emissions the efficiency is typically reduced with 20-30% compared to the efficiency at nominal output. When combining a solar heating system with an automatically fired boiler, it is therefore a good idea to design the solar heating system so that it can fulfill the hot-water demand during summer periods (maybe by using an electrical heater or another kind of auxiliary energy source). Regular cleaning of both firebox and fire tube has a great influence on the efficiency of the boiler In general, in order to avoid complicated systems that don't function well, it is recommended to: Keep the system design as simple as possible Think in overall solutions Conclusion The 12 inspected Danish systems represent both well-designed and well-functioning small Solar & Biomass systems as well as poor system designs. Some of the faults experienced were oversized and undersized components and insufficient insulation. Also, there were several examples of stop-gab solutions resulting in very complicated systems with a lot of piping connections, great heat losses and a great risk of making operation mistakes. Monitoring of three of the systems over a period of almost a year have shown great differences with regard to operation conditions, heat losses from installations, solar contributions, solar gains as well as number of days the biomass boiler can be turned of each year. In general the solar gains of the three systems were not very large. Generally, there is a need for better overall solutions with components adjusted to the actual demands and boundary conditions. As a part of the project such a new system with one storage tank only has been developed - inspired by already gained experience. The work carried out in this project is the first step on the way to better Solar & Biomass system designs in Denmark, but there is still a lot of work to be done. 70

72 10 Symboler A sol : Solfangerareal [m²] V: Volumen [m³] solfanger brugsvandstank Pladevarmeveksler varmeveksler kedel m. fast ydelse elpatron gulvvarme 4-vejs ventil 3-vejs ventil 2-vejs ventil termostatisk ventil pumpe lagertank radiatorer temperaturføler tappesteder varmemedium/brugsvand antifrostvæske tømmetank krydsende rør u. forbindelse kedel m. variabel ydelse krydsende rør m. forbindelse 71

73 11 Referencer /1/ : Installationsvejledning træfyring/oliefyring af Arne Sæbye Udarbejdet for Energistyrelsen, J.nr / Dansk Teknologisk Institut, Taastrup, 1997 /2/ : Træ til energiformål teknik - miljø økonomi udarbejdet af Videncenter for halm- og flisfyring 2. udgave, 1999, ISBN Teknologisk Institut, Århus. /3/ : Biofuel fastbrændselsprogram Af Hossein Gohari Teknologisk Institut, 2000 /4/ : Udvikling af brugsvand-/rumvarmeanlæg med stor dækningsgrad. Af Niels Kristian Vejen Sagsrapport SR-9915, Institut for Bygninger og Energi, DTU, (ISSN X), /5/ : Aktive solvarmeanlæg med større dækning af husets samlede varmebehov udredning og skitseprojekter. Af Klaus Ellehauge, Troels Kildemoes Møller & Hans Jacob Jacobsen Solenergi Center Danmark, Teknologisk Institut, November